8-цилиндровый двигатель мощностью 1920 лошадиных сил, работавший на обогащенном изотопе Урана-235, весил почти 1.5 тонны и основную его массу составляла толстая свинцовая защита реактора. Поэтому конструкторы ГАЗ расположили впереди под моторным отсеком не 2 колеса, а 4 на мощной рессорной подвеске.
Машину можно было очень долго не заправлять. Испытания на Дмитровском автополигоне, созданном НАМИ (Научный Автомоторный институт) в 1964 году специально под этот проект, показали, что без заправок "Волга-Атом" проезжает более 60 тысяч километров, способна развить скорость 420 км/час по российским дорогам, а до 100 км/час с места разгоняется за 2.3 секунды.
