当球状燃料的温度增加，铀238吸收中子的速率亦会增加，令可供引致铀235核裂变的中子减少。这种现象称为多普勒扩展 (Doppler Broadening)。在一般的传统反应堆，由于核燃料的密度较高，所以这种现象不具很大的作用。球床反应堆的燃料密度较低，故此这种反应堆可产生的能量，就算不经人手操作，亦有自然的限制。反应堆的容器被设计成在没有机械帮助下，散热会多于核燃料自然产生的热能。而且冷却剂是惰性气体，不会助燃或燃烧，亦不像普通的轻水反应堆可能出现蒸气爆炸。倘若因为机械故障，球床反应堆只会进入及维持怠态，容器及燃料球都不会受损。德国的 AVR 之前已曾经进行这种试验，把所有的控制杆抽出，停止冷却循环。之后拿出的燃料球并没有受损。

球床反应堆的温度被设计成低于石墨的退火温度，避免石墨因维格纳力累积而燃烧。

球床反应堆拥有多层的包围保护，防止辐射外泄:

最外围的是反应堆所在的建筑，用以抵挡飞机撞击或地震等自然灾害。

反应堆密封在墙壁厚两米以上的密室之内，只留门户出入，并有冷却管道供以水淹浸反应堆。

燃料球大小若网球，每个重约210克，内有9 克左右的铀。一个120兆瓦的反应堆大约需要380,000个燃料球。燃料球为60mm 的空心热分解石墨，石墨熔点为摄氏3000度，比反应堆的设计最高温度高两倍，而且非常坚硬。

石墨球内有一万五千枚"种子"，每粒种子的核心是直径0.5mm的裂变物料。种子外部为热分解石墨。

种子的热分解石墨之内为一层不透气，不燃烧，非常坚硬及强的硅化碳。

之内为高密度，不透气的热分解石墨。

之内为低密度，透气的热分解石墨，用来吸收裂变过程产生的放射性气体。(主要为氙气)

最核心为裂变物料的氧化或碳化合物

使用过的燃料球，一般可以无需再加密封处理即可运走。

由于球床反应堆不一定需要笨重的压力外壳，亦没有巨大的蒸气冷却塔，因此体积及重量很低，有可能用来推动交通工具。荷兰 Romawa 设计了 8兆瓦的球床反应堆，以氦气加热空气推动传统涡轮机。目的是用来替代轮船上原来使用柴油发动机，又或者代替在偏远地区及后备使用的柴油或燃气发电机。这种设计更换燃料时可将整个反应堆搬走，在工厂内进行。美国亦有研究在潜艇上使用球床式反应堆。

球床反应堆的最大优点是它本身比较安全。当球状燃料的温度增加时，铀238吸收中子的速率亦会增加，令可供引致核裂变的中子减少。故此这种反应堆可产生的能量有自然的限制。反应堆的容器被设计成在没有机械帮助下，散热会多于核燃料自然产生的热能。因此从理论上，球床反应堆不可能出现核芯熔解。而且由于核燃料是被包围在燃料球之内，若果一个燃料球爆裂，亦只会释放出较少的核燃料。

球床反应堆比一般轻水式反应堆的运行温度较高，故此球床式能够以更少的核燃料，产生较多的动能。

球床反应堆可以无需使用控制杆，以温度控制反应堆的输出功率。这样反应堆的设计便毋需考虑控制杆插进深浅程度不同时对中子的影响;而且输出功率可以根据需求，透过控制冷却剂的流量或密度而快速增减。部分球床反应堆仍然有保留控制杆，以便维修时使用。

球床反应堆把铀、钍或钚氧化物核燃料,包装在网球大小，以热分解石墨制成的球状容器内。球状燃料放置在罐状容器内，让氦、氮、或二氧化碳冷却剂在燃料球之间通过，将热能带走。冷却剂可以直接推动涡轮，亦可以经过热交换，以第二循环的气体或蒸气推动涡轮。

球床反应堆的这种科技增加了反应堆的安全及效率。反应堆的核燃料密度比一般的反应堆低，就算是失去冷却，亦不会出现核芯熔解。反应堆使用惰性气体或接近惰性气体，如氦、氮、二氧化碳作为冷却剂，在高温下直接推动涡轮引擎。由于毋须处理蒸气，系统的热能效率可以得到提高。

正在发展这种技术的国家包括有:美国、南非、荷兰等。中国的华能亦与清华大学合作研究;目前已建有十兆瓦的试验反应堆，并计划于五年内兴建第一座投产发电厂。

据英国《金融时报》报道，华能集团正牵头组建内地能源企业集团，计划在山东威海投资兴建一家装机容量为195兆瓦的气冷式核电站。这预示着中国将建设内地首个球床反应堆,并且也是世界上首个投入商业运营的球床反应堆。

据悉，华能集团将占该能源企业集团50%股权，中国核工业建设集团及清华大学分别持有35%及5%，10%权益可能预留给策略投资者，有传闻认为该策略投资股东可能来自南非。目前该项目已完成可行性研究，正待政府最后拍板。该企业集团的一位高层人士表示，这座拟建的反应堆可能在五年内开始发电。

球床反应堆因为其燃料采用台球般大小、以铀为核心的小石墨球，故该反应堆被命名为"球床"。这家核电站所采用的技术是新的防熔化方案，它取代了标准的水冷式核电站。这种反应堆体积小，适于建在偏远农村地区，其采用的技术能防止核扩散。若核电站建成投产，则有望集经济、安全和易扩展于一体，满足急速增长的能源需求，同时避免造成环境灾害。目前，中国和南非在开发球床反应堆方面走在世界前列，据悉，清华大学核能与新能源技术研究院正运行全球唯一的试验性球床反应堆，并正为规划中的核电站提供技术。

不过，专家认为，该类反应堆废料处理技术复杂且成本昂贵，南非电力公司Eskom、美国Exelon及英国核能公司(BritishNuclearFuels)曾计划在南非开普敦建造一座球床核电站，最后因环保问题而推迟。如果中国此次核电站成功实现商业化，将是数十年来首个全新的反应堆设计。