20世纪70年代初，美国斯坦福大学（Stanford University）率先使用超导技术研制引力波探测的低温传感器，逐步形成了超导加速度计技术。此后，在美国宇航局资助下，马里兰大学（University of Maryland）的学者H.J.派克（H.J.Paik）和同事一起研发了基于超导电路的差分位移检测方法，研制出高分辨超导重力仪实验室样机，并用于牛顿引力平方反比定律的实验检验。旋转加速度计重力梯度仪在航空资源勘查领域获得成功应用后，美国、英国、加拿大和澳大利亚等机构开始研制机载超导重力梯度仪，希望在高分辨率航空重力勘查技术上实现新的突破。

超导重力梯度仪利用载流线圈与具有完全抗磁性的迈斯纳态超导体之间的磁作用力，构建以超导体为检验质量的磁力弹簧振子，利用超导载流线圈有效电感随毗邻超导体距离变化而变化的特性（源于超导体的迈斯纳效应）、基于超导体零电阻效应的超导回路磁通守恒特性和基于约瑟夫森宏观量子效应的超导量子干涉器件，构建微小位移探测单元。

在液氦温度下（4.2K，-269℃）工作。优点是内部噪声低，可突破常温仪器的测量灵敏度极限；缺点是需要低温系统提供工作环境。超导重力梯度仪的重要应用目标是深地资源的航空勘查。

超导重力梯度仪为单分量或部分分量梯度仪，按其构建方式可分为差分线加速度型和差分角速度型。前者对两个分开放置的超导线加速度计进行差分，测量重力梯度张量的一个对角分量；后者由两个正交共轴安置的超导角加速度计构成，差分测量得到重力梯度的一个交叉分量。

国际上研发的超导重力梯度仪在实验室测量精度已经优于1E，但是在动态环境还有差异；中国已经研制出超导重力梯度仪原理样机，静态测量精度为几个E的水平。