熔鹽堆燃料與其它燃料相比具有巨大的優勢。鈾或钚的氯化物或氟化物與其它鹵化物鹽的混合物導致銫和碘裂變產物形成穩定的鹽，而不是像固體燃料那樣以元素形式存在。銫和碘元素在反應堆運行溫度下呈現氣態，正是這些高壓氣體的釋放使切爾諾貝利和福島成為災難。

熔鹽堆的各系統及設備的設計和驗證，在當今的監管環境中是一項巨大的挑戰。必須高度確定地證明系統將在所有情況下和反應堆壽命期間按預期運行。

在1949年航空反應堆試驗時，提出了在標準燃料組件中使用熔鹽燃料的可能性，但認為其不可行。作為航空發動機的計劃，設計師知道不能依賴對流作為熔鹽燃料的傳熱機制，因為航空器可能會經歷自由落體，對流會停止。如果沒有對流，熱量就不會從熔鹽燃料中迅速導出以避免沸騰。因此，設計師采用了泵推動燃料系統，并延續至今。流體動力計算程序 (CFD)的出現促使熔鹽堆發生了根本性突破。
 
1、結構材料及熔鹽的選擇

熔鹽對金屬的腐蝕性很強。金屬外表面會形成氧化膜，保護金屬免受水或空氣腐蝕，而熔鹽會溶解氧化膜。因此，傳統耐腐蝕不銹鋼并不適用。
 
由于沒有保護膜，金屬合金在溶解時必須是化學穩定的。這種溶解是一種氧化過程，其中金屬轉化為其鹵化物鹽。易氧化的主要金屬成分是鉻。
 
鐵、鎳和鉬都不太容易氧化。根據系統的吉布斯自由能，可以很容易地計算出特定鹽從合金中溶解鉻的趨勢。要測量的關鍵參數是當鹽與過量鉻接觸時鹵化鉻的平衡濃度。
 
這些計算得出了令人驚訝的現象。如果三氟化鈾不轉化成金屬鈾和四氟化鈾，氟化鈾鹽就不能充分還原以阻止鉻溶解。為避免轉化，三氟化鈾與四氟化鈾的比例限制約為80/20。在這些條件下，鉻基本上溶解到鹽中。
 
這并不意味著不能使用氟化鹽，這將取決于能否開發出特殊合金。在核能領域，這是一個巨大的技術障礙，因為任何新合金都需要多年的堆內測試。然而，氯化鈾鹽不會遇到這個問題。100%的三氯化鈾是穩定的，沒有轉化的趨勢。但即使是1%的四氯化鈾也會使其具有很強的腐蝕性——裂變會導致氯的凈釋放發生。
 
解決方案是將金屬鋯引入鹽中。鋯與四氯化碳反應強烈，確保鈾鹽保持非常強的還原性。當鋯存在時，二氯化鉻的平衡濃度小于十億分之一。腐蝕根本不可能發生。這對熔鹽堆商業化非常重要。這意味著過去40年來為鈉冷快堆開發和測試的合金如PE16、HT9以及其它合金可以用于熔鹽堆。
 
2、反應堆設計

熔鹽堆是一種沒有慢化劑劑的快堆。錒系元素（如钚、镅和鋦）不可避免地在熱譜反應器中積累，而熔鹽堆能夠使這些元素發生反應。在核物理學家看來，這種設計很不尋常。
 
設計采用設計圓柱形堆芯，具有小型、高功率密度的特點。中子最優化設計，最大限度地減少了所需的裂變材料的數量。曾幾何時，中子最優化設計是非常好的，因為裂變材料既稀缺又昂貴。然而今天，乏核燃料中的钚變成了一種負債而不是資產。
 
中子次優設計具有主要的補償優勢。矩形核心使換料變得簡單。新燃料組件被放入一端，用過的組件從另一端移除。
 
連續換料能力使反應堆幾乎可以無限期運行而不會關閉，從而提高了經濟效率并減少了熱循環對組件造成的壓力。還確保反應堆不會存在過量裂變材料，而不得不用控制棒或其它反應控制材料調節，從而消除了高危故障模式。
 
反應堆堆芯也可以以中等功率密度運行，高于壓水反應堆但低于鈉快堆。雖然中子效率低，但這使堆芯的冷卻變得非常容易。鈉快堆必須以高達10m/s的速度輸送鈉冷卻劑，這會導致組件承受高應力、流動腐蝕以及故障風險增加。熔鹽堆僅需要低于1m/s的冷卻劑流速和低于1 bar的泵揚程。
 
冷卻劑系統由主冷卻劑組成，它通過浸入反應堆罐中的熱交換器將熱量傳遞給相同的二次側冷卻劑。由于中子活化，一次側冷卻劑變得具有放射性，二次側冷卻劑將保持非放射性并將熱量傳遞出反應堆建筑物。二次側冷卻劑相對于一次側冷卻劑存在微正壓，可確保在熱交換器泄漏的情況下放射性不會泄漏到反應堆之外。
 
反應器的控制異常簡單。溫度和中子傳感器設置在堆芯周圍。反應性主要由換料系統控制，只有當反應堆功率下降到特定值時，才會將新燃料組件移入堆芯。緊急關閉基本上采用傳統的控制片，控制片采用電磁固定重力下落的方式。
 
3、發電系統及儲能

反應器的輸出溫度約為600℃。熱量被傳遞到熔融硝酸鹽儲罐，可以存儲在2.5GW的功率下長達8小時的能量。這是來自聚光太陽能發電行業的成熟技術，可以為550-600℃溫度的熱源存儲能量，常規核能（300℃）無法使用該技術。

 硝酸鹽將在鍋爐中產生蒸汽，過熱蒸汽輪機用于發電。這使熔鹽堆擺脫了價值相對較低的“基本負荷”市場，并使其能夠為間歇性可再生能源提供零碳補充。這種可變發電能力的經濟價值遠遠大于儲熱成本（僅增加3£/MW的平均電力成本）。