Un reactor de espectro mixto es un reactor en el que el espectro de neutrones varía mucho en diferentes partes del reactor. En este caso, una clasificación inequívoca del reactor es difícil. La variante más prometedora de un reactor de espectro mixto es un reactor de neutrones térmicos con elementos combustibles de un diámetro suficientemente grande. En un reactor con tal geometría dentro de las barras de combustible, el espectro de neutrones corresponde a un reactor de neutrones rápidos , y el campo de neutrones en su conjunto corresponde a un reactor de neutrones térmicos. En un reactor con tal geometría, la regeneración del combustible se produce con neutrones rápidos, lo que permite aumentar el factor de regeneración del combustible nuclear. Al mismo tiempo, el sistema de control de dicho reactor no difiere del sistema de control de un reactor de neutrones térmicos convencional.
La desventaja de este diseño es la dificultad de eliminar el calor de las barras de combustible de gran diámetro (decenas de centímetros). Actualmente no hay implementaciones prácticas.