液体金属は高い導電性を持つため、電磁ポンプを用いて循環させることができる。一方、液体金属は不透明なため検査・修理時に困難が生じることや、どの金属を用いるかにもよるが発火の危険（特にアルカリ金属を用いる場合）や腐食性、放射化による生成物が課題となる。
設計.
現在のところ、すべての液体金属冷却炉は高速炉であり、さらにそのほとんどは高速増殖炉または海軍艦艇用の推進用原子炉である。液体金属は熱伝導が極めて良く、他の炉型と比較して小さな設置面積でより多くの熱を発生させる高速炉に適しているからである。また、冷却材は中性子吸収が小さい方が望ましいが、特に高速炉では本質的に中性子経済の良さが求められることが大きな理由である。低速の中性子は吸収されやすいため、冷却材は中性子減速能が低いのが理想である。さらに、冷却材が原子炉構造材を腐食させないことも重要であり、融点と沸点が原子炉の運転温度に見合った範囲にあることも求められる。
冷却材の沸騰は冷却系からの漏出に繋がり、冷却材喪失事故(LOCA)を引き起こす恐れがあるため、理想的には沸騰しない冷却材が求められる。換言すると、もし冷却材が沸騰しないようにできれば、冷却系内の圧力を常に正常レベルに維持することができ、こういった事故の可能性を劇的に低くすることができることになる。このため、冷却水プールに原子炉と熱交換器の全体を納めることにより事実上 内部ループ冷却が失われる危険性を排除する設計も多数存在する。
冷却材の物性.
加圧水は理論的には高速炉の冷却材として利用可能であるが、中性子が吸収・減速されてしまう。炉心における冷却水流量には限界があり、高速炉の高い出力密度を考慮すると水の代わりに溶融金属を利用するのが理に適っている。水の沸点は冷却効率を高めるため加圧した状態であっても金属冷却材に比べてかなり低いからである。
水銀.
最も初期の液体金属冷却炉であるクレメンタインは水銀を冷却材として利用していた。これは水銀が室温で液体であるためであったが、その毒性や室温における高い蒸気圧と低い沸点、加熱により発生する有害な蒸気、比較的低い熱伝導率、大きな中性子吸収断面積 といった欠点から、研究は下火になっていった。
ナトリウムおよびナトリウムカリウム合金.