Koszt systemu ogranicza ich stosowanie do niszowych zastosowań w ekstremalnych sytuacjach.
Zasada działania Materiał radioaktywny (paliwo) jest umieszczony w pojemniku do którego wprowadzone jest jedno złącze termopary. Drugie złącze termopary wprowadzone jest do czynnika chłodzącego (np. przyłączone do radiatora). Rozpad radioaktywny uwalnia energię, która w wyniku zderzeń zmienia się w energię termiczną ogrzewającą jeden koniec termopary. Różnica temperatur między złączami, w wyniku efektu Seebecka, wywołuje siłę elektromotoryczną i przepływ prądu. Większe różnice temperatur powodują wytworzenie większej mocy.
Generatora nie należy mylić z baterią jądrową mającą odmienne działanie, mimo że energia w obu przypadkach pochodzi z rozpadów promieniotwórczych.
Paliwo Materiał radioaktywny używany w generatorze musi spełniać kilka warunków: Postępujący rozpad radioaktywny paliwa zmniejsza ilość paliwa powodując zmniejszanie ilości wydzielanego ciepła. Stąd czas połowicznego rozpadu musi być na tyle długi, aby moc generatora nie malała szybko wraz z upływem czasu.