超临界水堆运行在高于水的伪临界点的压力条件下，考虑到堆芯出口处冷却剂的热力学条件(温度和压力位于水的伪临界点之上)，超临界水堆有可能实现非常高的热电转换效率(约45%)，这是其最大优点。此外，由于冷却剂无相变，因而无需汽水分离器和干燥器，无需类似沸水堆(BWR)的再循环泵，使得反应堆压力容器尺寸更小，如果采用一回路水直接循环，则无需蒸汽发生器。这样，超临界水堆的系统大大简化，有可能降低建设费用及运行和维修成本。由于反应堆内超临界水的物性变化剧烈，超临界水堆可以设计成热中子谱或者快中子谱(超热中子谱)，如果设计成快中子谱，它将会具有高燃料利用率的特性，并具有嬗变核废料中长寿命、高放射性锕系核素的可能。

目前，世界范围内对于超临界水堆物理的研究主要集中于预概念设计以及相关安全分析，以验证超临界水堆的物理可行性。

在反应堆物理分析中，计算方法主要可分为确定论方法和随机性方法，这些方法在超临界水堆的物理概念设计中都有应用。确定论方法在应用于新型反应堆计算时会存在几何处理能力弱、中子能谱适应范围小等问题，与之相比，蒙卡方法几何处理能力强，且中子能谱适用范围广。但是蒙卡方法在工程设计中并未得到广泛应用，主要是由于蒙卡计算得到可信的结果所需的计算时间太长。为此，清华大学工物系研究了基于蒙卡的“两步法”堆芯物理计算程序：第一步，利用连续能量蒙卡程序进行组件计算，同时统计得到组件均匀化少群常数；第二步，应用第一步得到的组件少群常数进行堆芯多群蒙卡计算。

在基于蒙卡的“两步法”堆芯物理计算程序中，影响计算准确度的非常重要的一个因素是连续能量组件计算结果的准确性。对于传统轻水堆，蒙卡方法的准确性得到了广泛验证，而对于在超临界水堆计算中的应用，蒙卡方法的准确性主要受到超临界水中子截面的影响。目前，利用蒙卡方法进行超临界水堆计算时，认为超临界水的微观截面与普通水相同，只是对应材料的密度及温度不同。这种处理方法会带来多大的误差，需要对超临界水与中子碰撞的微观作用机理进行深入研究，研究结果也将有助于修正超临界水的微观截面，从而进一步提高超临界水堆物理计算的准确性。