Die theoretischen Vorteile der Kugelhaufenreaktor-Technologie, deren Blaupause in den 1950er und 60er Jahren im Forschungszentrum Jülich entwickelt wurde, kamen in Hamm-Uentop allerdings nie zu zum Tragen. Die Planungsarbeiten für den THTR-300 erfolgten 1966–68 parallel zur Inbetriebnahme des Forschungsreaktors in Jülich, was zur Folge hatte, dass Betriebserfahrungen kaum in das THTR-Konzept einfließen konnten. Eile bei Planung und Baubeginn des THTR-300 waren bedingt durch die Ende der 1960er-Jahre erfolgte Markteinführung von Leichtwasserreaktoren.
Bauherr des THTR-300 war die 1968 gegründete HKG Hochtemperatur-Kernkraftwerk GmbH Hamm-Uentrop, deren Muttergesellschaften sechs mittelgroße und kleinere regionale Elektrizitätsversorger waren. Mit dem Bau der schlüsselfertigen Anlage wurde ein Konsortium aus den Firmen BBC, Krupp Reaktorbau GmbH und Nukem beauftragt. Kurz vor Baubeginn 1971 verließ Krupp das Konsortium, weil Zweifel an der Wirtschaftlichkeit des Kugelhaufenreaktorkonzeptes bestanden.
Dies führte zu einer Verzögerungen von sechs Monaten. Aus der projektierten Bauzeit von fünf Jahren wurden aufgrund technischer Probleme und strengerer Auflagen schließlich 15 Jahre. Die Baukosten stiegen von ursprünglich veranschlagten 690 Millionen und schließlich auf mehr als vier Milliarden Mark. Von den Baukosten haben die Bundesregierung 63 % und das Land NRW 11 % getragen. Ebenfalls aus Steuermitteln stammte der Finanzierungsbeitrag durch die Investitionszulage, der knapp zehn Prozent der Baukosten abdeckte.
Bereits während des Testbetriebs ab 1983 traten so viele Probleme auf, dass (um dem Haftungsrisiko zu entgehen) die Stadtwerke Bremen ihren Anteil am THTR-300 zu einem symbolischen Preis an den HKG-Hauptgesellschafter Vereinigte Elektrizitätswerke Westfalen (VEW) übertrugen, und es gab weitere, vergebliche Versuche von Minderheitsgesellschaftern ihre Anteile abzugeben oder an VEW zu übertragen. Eine Teilgenehmigung zum regulären Betrieb wurde 1985 erteilt, jedoch verweigerte die HKG wegen der erheblichen Störungen die Übernahme der Anlage bis 1987.
Von 1985 bis 1989 speiste der THTR-300 das Äquivalent von 423 Vollasttagen zu einem an der Steinkohleverstromung orientierten Preis in das Stromnetz ein, was einer 40%igen Subventionierung entspricht. in keinem Betriebsjahr erreichte die Anlage die für einen einen wirtschaftlichen Betrieb erforderliche Arbeitsverfügbarkeit von mindestens 70 Prozent. Kugelbruch, Temperaturkontrollprobleme mit Folgeproblemen in Heißgasleitungen und Beton verursachten mehr als 120 bekannte meldepflichtigen Ereignisse, mindestens eines davon 1986, im Schatten der Katastrophe von Tschernobyl, mit Freisetzung von Radioaktivität. Die Störfälle wurden als Beweis für die Unausgereiftheit der Kugelhaufentechnologie gewertet. Hinzu kam, dass die USA wegen der Proliferationsgefahr die Lieferungen von hoch-angereichertem Uran für Hochtemperaturreaktoren beendet hatten und eine Wiederaufarbeitung der Brennstoffkugeln sich als nicht möglich erwies. Die Brennelementfabrik in Hanau war aus Sicherheitsgründen 1988 stillgelegt worden.
Während einer Stillstandsphase 1988 übermittelte die HKG ein „vorsorgliches Stilllegungsbegehren“ aus finanziellen Gründen an Bundes- und NRW-Landesregierung. Ohne Lösung der finanziellen Probleme sah die Aufsichtsbehörde die Voraussetzungen für den Betrieb des THTR-300 als nicht mehr gegeben an. Auch fehlt bis heute das schlüssige Entsorgungskonzept, das zu den Voraussetzungen für eine endgültige Betriebsgenehmigung gehört hätte.
Da die Muttergesellschaften der HKG weitere Zahlungen verweigerten, mussten 1989 die Bundesregierung mit 92 Mio. DM und das Land NRW mit 65 Mio. DM deren Insolvenz verhindern. Gleichwohl beantragte die HKG im September 1989 bei der Aufsichtsbehörde die endgültige Stilllegung des THTR-300.
Bis 1997 wurden die Brennstoffe entnommen und der Reaktor versiegelt und verschweißt. Die Überwachung der Anlage verursacht jährliche Kosten in Höhe von ca. sieben Mio. EUR. Das unverbrauchte hoch-angereicherte Uran hätte für zehn bis zwölf Atombomben vom Hiroshima-Typ gereicht. Der Reaktor enthält radioaktive Anlagenbauteile, die nicht vor hinreichendem Abklingen der Radioaktivität, frühestens 2027, nach anderen Quellen 2047, abgerissen werden können. Die Kosten des Rückbaues wurden 2011 ohne Entsorgungskosten mit einer Mrd. Euro beziffert. Wegen der Rechtsform als GmbH ist Durchgriffshaftung auf die HKG-Gesellschafter zur Deckung der Entsorgungskosten nicht möglich, sodass die Kostenübernahme ungeklärt ist.
