Теоретическая предельная скорость в единицах скорости света c получается приравниванием двух моментов импульса для ситуации, когда потеря момента импульса при захвате сырья компенсируется моментом импульса, передаваемым трем α-частицам в каждом акте термоядерного горения.

Отсюда после несложных вычислений получаем

Аналогично показывается, что для протон-протонной реакции с катализом по CNO-циклу и суммарным энерговыходом 26.7 МэВ теоретическая эффективность двигателя

В общем виде для реакции

где символом обозначен i-й реагент, а символом – j-й продукт реакции,

предельная эффективность составит

где массы при суммировании берутся с коэффициентами, соответствующими уравнению реакции.

Не следует думать, что продуктом-выхлопом термоядерного горения в двигателе Буссарда могут быть только ядра гелия-4. Например, в реакции протона с ядром азота-15 получается ядро углерода-12 и ядро гелия-4, а энерговыделение составляет 5 МэВ. При более сложных предположениях допускается, что имитация звездного CNO-цикла непрямого синтеза гелия-4 из протонов все же позволит значительно повысить эффективность двигателя Буссарда, доведя показатель v/c до 0.85, а может быть, и до 0.99, но пока что осуществление этой реакции наталкивается на значительные трудности технологического характера, общие для всех проектов управляемого термоядерного синтеза.