Уникальные свойства сверхкритической воды как растворителя обусловлены тем, что в сверхкритических условиях незначительные изменения давления могут приводить к существенным изменениям плотности, которая, в свою очередь, влияет на диффузионные, вязкостные, диэлектрические и растворяющие свойства, радикально воздействуя таким образом на кинетику и механизмы химических реакций в этой среде. На этом рисунке для примера приведены зависимости от давления (Р) плотности сверхкритической воды и избыточного объема смешения (V^E) в системе 0,6 Н₂О + 0,4 СО₂ для трех изотерм. Видно, сколь значительные изменения претерпевают эти свойства в непосредственной близости от критической точки (отмечена красным). Система Н₂О-СО₂ особенно важна для таких новых экологических приложений, как сверхкритическое водное окисление (СКВО).

Температуры гидротермальных источников на дне океана (так называемых "черных курильщиков") могут достигать сверхкритических значений, и это решающим образом сказывается на сложном химизме этих систем. Появляются все более веские аргументы в пользу гипотезы зарождения жизни на Земле именно в таких сверхкритических гидротермальных системах на дне древнего океана.

Сверхкритическая вода способна растворять многие неполярные химические соединения. При достаточно высоких давлениях она обладает неограниченной смесимостью как с органическими соединениями, так и с кислородом. Таким образом, эти соединения могут быть окислены в гомогенной сверхкритической фазе с последующим удалением продукта из раствора либо путем снижения давления, либо путем охлаждения. Это составляет сущность многих перспективных экологически чистых и экономически эффективных технологий, уже испытанных в лабораторных масштабах.