A kutatás-fejlesztésnek (K+F) időbe telik, mire tömeges alkalmazásba kerül, és az éghajlatváltozás sürgős kihívást jelent. Egyes innovációk gyorsabbá tehetik a tiszta energiaforrások elterjedését, de a K+F-nek a rövid távon demonstrálható és gyorsan skálázható technológiákra való összpontosítása értelmesebb lehet, mint a hosszú távú K+F-be fektetett nagy erőfeszítések. A demonstrációs projektek különösen fontosak, de nehezen finanszírozhatók, mivel a szervezetek nagy összegeket akarnak olyan technológiákba fektetni, amelyek még nem bizonyultak a gyakorlatban is bizonyítottnak.

A nukleáris kutatás, fejlesztés és demonstráció egyik eleme a fejlett reaktortechnológiák bizonyítása lenne. Például az olyan reaktormagok, amelyek víz helyett olvasztott sót használnak hűtőközegként, elméletileg alacsonyabb nyomást (ami biztonságosabb), magasabb hőmérsékletet (ami nagyobb hatékonyságot jelent) és könnyebben kezelhető radioaktív hulladékot eredményeznének. Más újszerű reaktorkonstrukciók közé tartoznak a gázhűtéses és a „gyors” atomreaktorok.  A nukleáris K+F egy másik területe a kis méretű, moduláris reaktorok méretcsökkentett terveinek bizonyítása lenne, amelyek lehetővé tennék az erőművek tömeges gyártását. Egyéb innovációk közé tartozhatna a szabványosítás, az erőművek úszó platformokon történő telepítése, vagy a reaktorok felhasználása a hajózás energiaellátására. Az összes nukleáris K+F-et fel lehetne gyorsítani a kormányok vagy befektetési alapok finanszírozásának növelésével.