Un reactor cu spectru mixt este un reactor în care spectrul neutronilor variază foarte mult în diferite părți ale reactorului. În acest caz, o clasificare fără ambiguitate a reactorului este dificilă. Cea mai promițătoare variantă a unui reactor cu spectru mixt este un reactor cu neutroni termici cu elemente de combustibil cu un diametru suficient de mare. Într-un reactor cu o astfel de geometrie în interiorul barelor de combustibil, spectrul neutronilor corespunde unui reactor cu neutroni rapidi , iar câmpul de neutroni în ansamblu corespunde unui reactor cu neutroni termici. Într-un reactor cu o astfel de geometrie, regenerarea combustibilului are loc pe neutroni rapizi, ceea ce face posibilă creșterea factorului de regenerare a combustibilului nuclear. În același timp, sistemul de control al unui astfel de reactor nu diferă de sistemul de control al unui reactor cu neutroni termici convențional.
Dezavantajul acestui design este dificultatea de îndepărtare a căldurii din barele de combustibil cu diametru mare (zeci de centimetri). În prezent, nu există implementări practice.