熱管式低溫省煤器是一個封閉容器，從封閉容器內抽出不凝結氣體，形成真空，為了使熱管能夠很快地啟動和很好地工作，要求管內始終保持一定的真空度，裝有一定量的能夠汽化的液體，并裝有起毛細作用的吸液芯結構。管內工作液體在加熱段吸熱沸騰后汽化，蒸氣帶著大量的熱能進入冷凝段，然后進行凝結放熱，把大量的熱能傳遞給了冷凝段的冷流體。工質完成了把能量從加熱段輸送到冷凝段之后，以液態形式在吸液芯結構毛細泵的抽吸作用下，重新返回到加熱段。重復這一過程，形成循環，使熱管連續不斷地工作，不斷地傳遞熱能，這就是熱管的工作原理。把這樣一個傳遞熱能的過程，用一條假想的熱流線表示，如圖所示。
熱管中工質傳遞熱能的過程是通過工質的相變過程進行的。加熱段熱流體包含了大量的熱能(如各種窯爐的排煙，這種熱流體中就包含了大量的熱能)，這些熱能在傳遞給工質時是通過工質的相變進行的。工質由液態逐漸吸熱，當吸入一定量的熱能時就變為氣態。工質由液態變為氣態一定要吸熱，而吸收的熱量往往很多。工質由液態變為氣態所吸收的熱量叫做汽化潛熱。工質就是把汽化潛熱這部分熱能輸送到了冷凝段。由于工質被冷卻，工質由氣態又變成為液態，同時向冷流體（如冷卻介質空氣或水）放出凝結潛熱。

熱管式低溫省煤器之所以能夠進行高效率的傳遞熱能，成為一個高效率的傳熱元件，就在于它利用了傳熱學中相變潛熱的吸收和釋放兩個強烈的過程。熱管的工作利用相變吸、放潛熱的機理和毛細泵或重力引起工作流體的循環進行輸送熱能，這就構成了熱管工作原理的核心。
由于工質的汽化潛熱量于凝結潛熱量一致，又由于過程的進行中認為是理想的，與外界無熱量交換，所以，反映在熱管兩端溫度上也是一致的，即熱管等溫性是非常好的。工質的汽化和凝結的過程都是在蒸汽空間中進行的，在這個空間中工質所處的狀態為飽和狀態，而飽和蒸汽溫度與飽和蒸汽壓力之間不是獨立的，二者之間是有對應關系的，在這一點對熱管的工作和設計以及實驗都是非常重要的。由于飽和溫度和飽和壓力有這樣一個關系，又由于工質由加熱段到冷卻段之間溫度變化很小，就決定了熱管蒸汽空間中的壓力變化也是很小的。因此，毛細結構中的工作液體很小的表面張力或管中少量工作流體的重力就能克服熱管工作中所產生的壓力差。這一點于鍋爐中工質的循環有根本的不同。鍋爐中工質的循環是用機械泵進行強迫循環，而且害需要補充工質。熱管中的工質根本不用機械泵循環，也不需要補充。
熱管內工作流體的連續循環是依靠工作液體的表面張力。這種獨特的傳質方式即使熱管獲得了獨特的成效，又稱為熱管正常工作的主要障礙之一。對熱管內壁裝有多孔的毛細管結構物，必須使之浸透工作流體。為此必須有足夠量的工作流體注入管內，使流體充滿所有毛細管結構的毛孔。工作流體稍微過量不會影響熱管的正常工作。相反，要是工作流體的量不足，不能把所有的毛細管結構的毛孔充滿，則有可能成為熱管破壞的原因之一。要使毛細結構能保證工作流體的循環，它必須足以克服系統的粘性的動力學損失，必須補償反向的重力作用。
在熱管式低溫省煤器的整個工作過程中，流體動力學是很重要的。傳熱理論則提供了通過熱管各部件，如管殼、吸液芯和工作流體以及熱管與熱源和冷源界面輸入和輸出熱能的熱傳導率的依據。因此，對設計、實驗以及運行熱管及其換熱器的技術人員來說熟悉基本的流體力學和傳熱學及工程熱力學的知識是必需的。
為了使上述熱管工作性能好，除理論上討論和保證外，還必須作到下列幾點。
①　熱管在工作期間不產生腐蝕和在熱管工作溫度條件下不出現不凝結氣體。為了保證這一點，管殼、吸液芯和工作流體三者應當經過嚴格的選擇，必須保證三者之間是化學相容的。
②　熱管內一般應設有加強換熱的毛細結構，如各種吸液芯或溝、槽等。
③　熱管外面一般應設有翅片來加強熱管的換熱能力。
④　熱管的管殼和吸液芯應當經過嚴格的清洗，如酸洗、堿洗和水洗等，并對管殼和吸液芯要除氣。工作流體應該是高純度的。
⑤　熱管在工作前，內部應保持真空狀態，保證具有一定的真空度。
⑥　熱管管殼應保證具有一定的強度，熱管在工作時要承受一定的高壓而不漏泄。