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  「超級計算機」一詞並無明確定義,其含義隨計算機業界的發展而發生變化。早期的控制資料公司機器可達十倍速於競爭對手,但仍然是比較原始的標量處理器。到了1970年代,大部分超級計算機就已經是向量處理器了,很多是新進者自行開發的廉價處理器來攻佔市場。1980年代初期,業界開始轉向大規模平行計算系統,這時的超級計算機由成千上萬的普通處理器所組成。1980年代中葉,將適量的向量處理器(一般由8個到16個不等)聯合起來進行平行計算成為通用的方法。1990年代以後到21世紀初,超級計算機則主要互聯基於精簡指令集的張量處理器(譬如PowerPC、PA-RISC或DEC Alpha)來進行平行計算。

  超級計算機常用於需要大量運算的工作,譬如數值天氣預報、運算化學、分子模型、天體物理模擬、汽車設計模擬、密碼分析等。

  超級計算機的創新設計在於把複雜的工作細分為可以同時處理的工作並分配於不同的處理器。他們在進行特定的運算方面表現突出,但在處理一般工作時卻不那麼優秀。他們的資料結構是經過精心設計來確保資料及指令及時送達——傳遞速度的細微差別可以導致運算能力的巨大差別。其輸入/輸出系統也有特殊設計來提供高頻寬,但是這裡的資料傳輸延遲卻並不重要——超級計算機並非資料交換機。  根據阿姆達爾定律,超級計算機的設計都集中在減少軟體上的序列化、用硬體在瓶頸上加速。

  因超級計算機而開發的技術:

  向量處理因超級計算機而建立並用於高效能運算。向量處理技術後來被用於普通計算機內的訊號處理架構及單指令流多資料流,例如:電視遊樂器及通用圖形處理器等。

  一般的超級計算機都使用Unix或類Unix作業系統,但在講求絕對高效能的操作環境時,超級計算機開發人員會動用特別的輕量級核心(Light Weight Kernel-LWK),減少中斷請求、行程間通訊等開銷以提高效能。  輕量級核心包括Cray XT3的Catamount,Cray XT4的CNL (Compute Node Linux), 以及IBM藍色基因的CNK(Compute Node Kernel)。

  訊息傳遞介面及較舊的並列虛擬機器器(PVM)常用於非共享記憶體系統(Distributed Memory System),而OpenMP常用於共享記憶體並行系統。  傳統上Fortran的編譯器可以產生比C或C++更高效能目的碼,所以Fortran仍然被使用作科學程式設計。

  超級計算機需要編譯器優化技術以產生優佳的目的碼,現今的優化編譯器都對向量化(Vectorization)、程式迴圈、記憶體階層及資料區域性性進行優化。  此外,優化編譯器都以高層次的中間表示(Intermediate Representation)優化程式 - 包括Open64編譯器的WHIRL、IBM XL編譯器的Wcode。

  超級計算機主要執行科學運算等擁有大量向量及矩陣浮點計算的程式,因此優化常用的數學函式會提高運算效能。BLAS函式庫使向量及矩陣浮點計算效能大大提高,而優佳化數學函式庫則提高三角函式及平方根等數學運算。

  平行檔案系統屬於分散式檔案系統的一類,支援多客戶端節點、多檔案系統伺服器,以及支援平行I/O(如MPI-IO、HDF5);現今流行的平行檔案系統包括Lustre和PVFS。

  超級計算機節點之間的通訊一般都需要使用高效能的網路介面,現今大多TOP500的超級計算機使用乙太網路(44.8%)及InfiniBand(41.8%)。  傳統上InfiniBand比乙太網路有更高的頻寬,同時因作業系統呼叫省略(Operating System Bypass)而提供更低的延遲時間(latency);然而2011年思科系統開發VFIO技術於超級計算機和叢集應用,使一般的乙太網路介面也能提供低延遲時間,從而提升乙太網路在超級計算機的應用層面。

  大致上可以分為三種:  根據摩爾定律及經濟規模,一個現代的桌面計算機比15年前的超級計算機有更高效能,皆因某些超級計算機的設計已經放在桌面計算機內。再者,簡單晶片的開發及生產成本位元意設計給超級計算機的更便宜。  超級計算機所處理的問題都適合並行化,當中減少處理單元之間的資料傳送量。因此,傳統的超級計算機可以被計算機叢集所代替。

  TOP500列表排名世界上最快的500臺超級計算機 GREEN500 列表排名世界上最節能的超級計算機

  超級計算機速度以每秒浮點運算次數"FLOPS"(floating-point operations per second)來作量度單位,常見的表示計算機中的峰值或速度用的單位英漢對照如下:  此外,由於浮點積和熔加運算或乘積累加是兩次的浮點運算(每條FMA指令包括加/減及乘),因此當處理器支援FMA指令時,峰值是兩倍每秒所能執行FMA指令的數目。

  截至2018年4月9號,世界上運算速度最快的超級計算機是美國製的Summit(譯為高峰或頂點超級電腦),其合作伙伴是IBM和英偉達(nVIDIA),Summit由IBM在英偉達幫助下為ORNL開發,耗資約2億美元,佔地面積相當於兩個網球場。它的峰值運算效能為200PFlops,即每秒執行2京次浮點運算,將是其“同門師兄”、此前美國排名第一位超級計算機——同屬ORNL旗下Titan的八倍。

  截至2017年11月14號,世界上最節能的超級計算機是日本國立理化學研究所的菖蒲超級計算機B型。

  專用超級計算機都是針對單一問題而開發的計算機。這些計算機都使用專門程式設計的FPGA晶片及超大型密集晶片,縱然犧牲普遍性也要提高成本效能比率。它們被用於天文物理學及密碼破解之上。  例子:
超級計算機(英語:Supercomputer),指能夠執行一般個人電腦無法處理的高速運算的計算機,規格與效能比個人計算機強大許多。現有的超級計算機運算速度大都可以達到每秒一兆(萬億,非百萬)次以上。「超級計算」(英語:supercomputing)這名詞第一次出現,是在1929年《紐約世界報》關於IBM為哥倫比亞大學建造大型報表機(英語:tabulator)的報導。