一种多级泵级间分流的核热发动机系统，包括贮箱、多级泵、涡轮、轴系、主阀、副控阀、反应堆和推力室。本实用新型采用级间分流的方式，即部分工质从多级泵的非最末级叶轮2a输出端流出，另一部分工质从多级泵的最末级叶轮2b输出端流出。且从侧反射层7c出来的工质和从辅助加热元件7b出来的工质在集合腔7d入口处的压力几乎相等，两路工质压差的绝对值≤0.8MPa。本实用新型解决了现有核热火箭发动机闭式膨胀循环方案中涡轮泵轴功浪费的问题，实现了涡轮泵分系统轴功的降低，提高了核热火箭发动机的室压和比冲，并填补了国内低轴功核热火箭发动机闭式膨胀循环系统方案的空白。