高温ガス炉の具体的な設計では、ヘリウムの不活性で反応性を持たない性質と、黒鉛の持つ大きな熱慣性の性質を最大限活用するよう最適化され、固有の安全性を持つ。炉心が黒鉛で構成されていることから、高温でも大きな熱容量と強固な構造安定性を持ち、酸炭化ウランで被覆された燃料によって核分裂生成物の保持能力の高さと200G Wd/tに達する高燃焼度を実現する。また、1000度近い高い炉心出口温度により、熱エネルギーを工業的なプロセス加熱用途として利用が可能である。さらなる耐熱性向上を目指し炭化ジルコニウム被覆の開発が進んでいる。耐熱温度を倍に引き上げることで運転温度が1000℃以上も可能になりヘリウムガスタービン発電の効率向上や反応速度が速いITMK3などの高温製鉄への熱源利用等が可能になるとみられる（現在は中東などで行われている800-900度での直接還元製鉄のみ原子力製鉄が可能）。
炉心では六角柱型の制御棒が練炭状に穴の開いた黒鉛ブロックの穴に差し込まれている。ペブルベッド炉が利用された場合、超高温炉は以前の PBMR 炉のように運用され、制御棒は周囲の黒鉛反射体に差し込まれる。制御は中性子吸収材を含む小球を追加することで可能である。
ヘリウム以外に超臨界CO2サイクルガスタービン発電でも同等の高効率発電が可能。最初期の黒鉛減速ガス冷却炉では冷却材に二酸化炭素を使用していたが当時の技術では20MPaを超える圧力と600℃を超える高温に耐える素材が開発されていなかったため、軽水炉に比べ経済性が劣り現在の軽水炉が主流となりガス冷却炉は使用されなくなっていった。直接サイクル高速炉として2000年に超臨界CO2サイクルを使用した高速炉が特許申請されている。高温状態のナトリウムでも水程反応しない（250℃以下では反応が起きない）ため、冷却に液体金属を使用する高速増殖炉でも有用な二次冷却材の候補である。超臨界CO2サイクルガスタービン発電は火力発電分野においても利用が可能で東芝が30MPa/1100℃級発電プラントの実証実験を2017年から米国で実施する予定。現状ではヘリウムにおいて950℃の超高温による水素製造の実証、ヘリウムより圧力が高圧となり原子炉・配管製造で不利な点があるため、超臨界CO2サイクルの採用はされていない。
ヘリウムは多くの高温ガス炉に使われている冷却材で、ピーク温度と出力は炉心設計に依存する。ヘリウムは不活性気体であり、このためほとんどの素材に対して化学反応が起こらない。加えて、ほかの冷却材と比べ、中性子の放射にさらされても放射化しない。
超高温ガス炉において利用される核燃料はTRISO型燃料粒子と呼ばれており、炭化珪素セラミックと黒鉛によって被膜された燃料粒子である。TRISO粒子は燃料の中心核を持っており、多くの場合プルトニウムまたは二酸化ウランから構成される。しかしながら、炭化ウランや炭酸化ウランにも可能性はある。炭酸化ウランは酸素の量論量（酸化に必要な酸素量）を減らすためにウラン炭化物と二酸化ウランの混合物になっている。量論酸素量が少ないことは、炭素層の酸化によって生じる一酸化炭素によりTRICO粒子内圧力の上昇を抑える。TRISO粒子はペブルベッドの中にペブル（球状粒子）に分散させたり柱状に固められ、六角柱状の炭素ブロックに入れられる。アルゴンヌ国立研究所で考案されたQUADRISO燃料のコンセプトは進んだ核反応を良好に制御するために使われている。
今大会は初日から優勝候補が優勝争いから出遅れてしまう。プロローグの個人タイムトライアルで前年の覇者ペドロ・デルガドが2分40秒遅刻をする前代未聞の大失態を起こしてしまう。最終成績を見ると結果的にその2分40秒がデルガドにとって痛恨の2分40秒となってしまう。前述した通り、下馬評が低かったレモンだが、第5ステージの個人タイムトライアルを制したことで評価が一変する。レモンは総合優勝を果たした1986年以来3年ぶりにマイヨ・ジョーヌに袖を通す。対するフィニョンも5秒差で続くが、後に最終ステージまでもつれあうことになる2人の激闘のはじまりでもあった。ピレネー超えの第10ステージでフィニョンがマイヨを奪い取るもレモンとの差はわずか7秒。そして、アルプスステージに突入した第15ステージの個人タイムトライアルにおいて再びレモンが区間優勝を果たしてマイヨも奪回し、フィニョンに40秒の差をつけた。しかしブリアンソン～ラルプ・デュエズの第17ステージにおいて、フィニョンが再びマイヨを奪回。さらにフィニョンは続く第18ステージを制し、この時点でレモンに50秒の差をつけた。そして50秒の差のまま迎えた最終ステージは個人タイムトライアル。通常年だと、総合優勝者を讃える凱旋パレードの様相を呈する最終ステージだが、この年は緊迫感溢れる展開となり、加えて最後の最後で大逆転が起こった。出だしから快調にペースを上げるレモンに対し、フィニョンはいささか苦しそうな様子。2人の対照的な走りに対し、地元フランスのテレビ局のアナウンサーの実況ぶりも終始、ひょっとするとフィニョンは負けるかもしれないという落ち着きのない様子だった。レモンはとなる平均時速54.545km（プロローグ以外の個人タイムトライアルとしては史上最速記録）という驚愕ともいえるスピードをもって、タイムも誰も予想だにしていなかった26分57秒でゴールした。しかしフィニョンは27分46秒でゴールすれば優勝だった。地元フランスの放送局のアナウンサーも、盛んにこのタイムで走破すればフィニョンの優勝です、を繰り返した。だが、フィニョンのタイムは27分55秒。わずか8秒差をもってレモンがフィニョンを逆転。奇跡とも言える2度目の総合優勝を果たした。ちなみにこの総合1位、2位のタイム差8秒という差は、ツール・ド・フランス史上今なお最小タイム差である。結局レモンはプロローグを除いて、この年の大会に設けられた個人タイムトライアルを全て制した。