PartCover и NUnit работают нормально с VS 2010 и .NET 4.0 в Windows 7 x64.
Необходимо было обновить до PartCover.NET4 (и перекомпилировать его для процессора x86) и NUnit 2.5.5.
Я изначально использовал NUnit 2.5.4 и не смог заставить его работать с .NET 4.0. Я не знаю, работает ли 2.5.3 с .NET 4.0. Также было необходимо запустить модульные тесты под nunit-console-x86.exe, чтобы заставить тесты запускаться в 32-битной среде, поскольку PartCover на этом этапе поддерживает только 32-битную версию из-за своего 32-битного компонента COM.