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  對熔鹽堆的集中研究始於美國飛行器反應堆試驗(US Aircraft Reactor Experiment, ARE)。ARE是一個熱功功率2.5 MW的核反應堆試驗,旨在使核反應堆達到可作為核動力轟炸機引擎的高功率密度。該計劃促成了幾個試驗,其中的三個引擎測試實驗統稱為熱轉移反應堆實驗:國家反應堆試驗站(現在的愛達荷國家實驗室)的HTRE-1,HTRE-2和HTRE-3。其中一個實驗用熔融氟化物鹽NaF-ZrF-UF(53-41-6 mol%)作為燃料,用氧化鈹(BeO)作為慢化劑,用液態鈉作為第二級冷卻劑,峰值溫度為攝氏860 °C。它在1954年以100 MW-小時連續執行了超過九天。本實驗的金屬結構和管道採用了鉻鎳鐵600合金。

  在20世紀60年代,橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory, ORNL)在熔鹽堆研究中居於領先,他們的大部分工作隨著熔鹽堆試驗(Molten-Salt Reactor Experiment, MSRE)達到頂峰。MSRE是一個熱功功率7.4 MW的試驗堆,用以模擬固有安全超熱釷增殖堆的中子“核”。它測試了鈾和鈽的熔鹽燃料。被測試的UF液態燃料有著將廢物減至最少的獨特衰變路徑,廢物同位素的半衰期在50年以下。反應堆攝氏650度的熾熱溫度可以驅動高效熱機——例如燃氣輪機。為了便於中子測量,龐大而昂貴的釷鹽增殖層被略去。  MSRE位於ORNL。MSRE管道、堆芯包殼和結構元件由哈斯特洛合金-N製造,其慢化劑是熱解石墨。MSRE於1965年達到臨界,執行了四年。MSRE的燃料是LiF-BeF-ZrF-UF(65-30-5-0.1),石墨堆芯慢化,第二級冷卻劑是FLiBe(2LiF-BeF)。MSRE溫度達到攝氏650 °C,執行時間相當於滿功率執行1.5年。

  

  ,利用熔融鹽作為冷卻劑的反應堆方面的研究一直在持續。傳統熔鹽堆和甚高溫反應堆(Very High Temperature Reactor, VHTR)都被視作可能的設計方案納入到第四代堆初步研究(GEN-IV)框架下。當前正在被研究的VHTR版本之一是液態鹽甚高溫反應堆(Liquid Salt Very High Temperature Reactor, LS-VHTR),一般也被稱為先進高溫堆(Advance High Temperature Reactor, AHTR)。 本質上,它是主迴路不採用氦迴路,而採用液態鹽作為冷卻劑的標準VHTR設計方案。它依賴於分佈在石墨中的“TRISO”燃料。早期,AHTR關於石墨的研究集中在六角形石墨慢化塊的插入石墨棒的形式,但如今的研究主要集中在鵝卵石式的燃料形式。 LS-VHTR有許多吸引人的特性,包括:在甚高溫度下工作的能力(大部分LS-VHTR所考慮的熔融鹽的沸點都在1400 °C以上),低壓冷卻更容易匹配氫氣生產廠條件(多數熱化學迴圈要求溫度超過750 °C),比相似工作條件下的氦冷VHTR有更好的電能轉換效率,屬於被動式核能安全系統,以及意外事故中更好的裂變產物保持能力。

  富士反應堆為一種迷你熔鹽堆是電功功率100MW的熔鹽燃料釷燃料迴圈熱增殖堆,採用與橡樹嶺國家實驗室反應堆相類似的技術。它由日本、美國和俄羅斯聯合開發。作為一個增殖堆,它將釷轉換為核燃料。作為熱譜反應堆,它的中子調節是固有安全的。與所有熔鹽堆一樣,它的堆芯是化學惰性的,工作在低壓條件下,這可以防止爆炸和有毒物釋放。一個全尺寸反應堆有望在20年內被開發出來, 但該專案似乎缺少資金支援。  2017年底央視透漏中國大陸正在研製軍用熔鹽反應爐,可望用於船艦甚至大型飛機上,報導表示冷戰時期美蘇放棄此一技術並非是因為不可行,而是為了將有限預算放在能產生核武原料的壓水堆上,熔鹽爐無法設計成製造核武,廢料數量極少(降為千分之一)也無法或極難再提煉對於核不擴散有助益,但不符那個核戰年代的要求,而現在時代已經變換,同時最難的問題點是熔鹽腐蝕性問題,當年的材料工程技術不比現代,所以熔鹽爐新時代可能已經來臨,而中國在釷礦的蘊藏量居世界前列,也是一大優勢與動機。
熔鹽反應爐(英語:molten salt reactor, MSR)是核裂變反應爐的一種,屬於第四代反應爐,其主核反應爐冷卻劑以至燃料本身都是熔鹽混合物,它可以在高溫下工作(可獲得更高的熱效率)時保持低蒸氣壓,從而降低機械應力,提高安全性,並且比熔融鈉冷卻劑活性低。