Theo định nghĩa của Byrappa và Yoshimura thủy nhiệt là phản ứng hóa học xảy ra trong một hệ kắn có mặt của dung môi ở nhiệt độ trên nhiệt độ phòng và áp suất lớn hơn 1 at. Hệ kắn này phải thỏa mãn các điều kiện sau:
Dễ dàng tháo, lắp
Có độ dài phù hợp cho sự biến thiên nhiệt độ
Chịu được nhiệt độ và áp suất cao trong một thời gian dài.
Nhiệt độ, áp suất hơi bão hòa và thời gian phản ứng là ba thông số chắnh trong phương pháp thủy nhiệt. Nhiệt độ đóng vai trò quan trọng cho sự hình thành sản phẩm cũng như ổn định nhiệt động học của các pha sản phẩm. Áp suất cần thiết cho sự hòa tan. Thời gian cũng là một thông số quan trọng bởi vì các pha ổn định diễn ra trong thời gian ngắn, còn các pha cân bằng nhiệt động học lại có xu hướng hình thành sau một khoảng thời gian dài.
Khi thủy nhiệt thì hằng số lưỡng cực, biến thiên pH, độ nhớt, hệ số giãn nở, mật độẦ của dung dịch thay đổi theo nhiệt độ và áp suất. Các quá trình động học trong dung dịch cũng thay đổi theo nhiệt độ và áp suất. Trong phương pháp thủy nhiệt áp suất hơi bão hòa trong bình là thông số quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến sự tạo thành kết tủa của phản ứng hóa học. Áp suất hơi bão hòa lại phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi bình thủy nhiệt được ủ ở nhiệt độ cao, nước sẽ bay hơi. Bình kắn nên sau đó hơi nước đạt trạng thái bão hòa. Áp suất trong bình thủy nhiệt do hơi nước bão hòa gây nên. Khi thay đổi nhiệt độ thủy nhiệt thì áp suất trong bình cũng thay đổi do áp suất hơi bão hòa của nước phụ thuộc vào nhiệt độ. Sự phụ thuộc này tuân theo công thức Antonie : - 10 B A C T P= + trong đó: A, B, C là các hằng số xác định bằng thực nghiệm.
Như vậy, bằng cách thay đổi tỷ lệ tiền chất, nhiệt độ, áp suất, thời gian phản ứng có thể điều khiển kắch thước, hình thái theo mong muốn, hạt nano tổng hợp được có độ tinh khiết cao, sự phân bố kắch thước hạt đồng đều, ắt sai hỏng mạng.... Hơn nữa phương pháp này rất thân thiện với môi trường, không gây ô nhiễm, hiệu suất phản ứng cao...