熱管換熱器將一根金屬管的兩端予以封閉，然后設法將金屬管抽成真空后充入適量的工作液體 , 密封殼體即構成一支重力熱管。為了強化傳熱，重力熱管上往往加裝上金屬翅片。

當熱源對其下端加熱時 , 工作液自熱源吸熱而汽化 , 蒸汽在壓差作用下 , 高速流向上端 , 向冷源放出潛熱而凝結 , 凝結液在重力作用下，沿壁面從冷源端返回熱源端完成一個工作循環。如此往復 , 便把熱量不斷地從熱源傳至冷源。

從熱管與外界的換熱狀況來看 , 沿其殼體軸向可分為三個工作段：加熱段;從熱源吸收熱量的工作段；絕熱段;運送熱量的工作段；冷卻段;向冷源放出熱量的工作段。當熱管正常工作時 , 其內部進行著液體的蒸發、蒸汽的流動、蒸汽的凝結、凝結液的回流等四個工作過程 , 這四個工作過程構成了熱管工作的閉合循環。

熱管的傳熱原理決定著熱管有以基本特性：

（ 1 ）較大的傳熱能力，熱管巧妙的組織了熱阻較小的沸騰和凝結兩種相變過程，使它的導熱系數高達紫銅導熱系數的數倍以至數千倍。

（ 2 ）優良的等溫性，熱管內腔的蒸汽是處于飽和狀態，飽和蒸汽由蒸發段流向冷凝段的壓力差很小，因而熱管具有優良的等溫性。

（ 3 ）結構簡單無運動部件和噪音。一根長 0.6m 、直徑 13mm 、重 0.34kg 的熱管在 100 ℃ 工作溫度下，輸送 200w 能量，其溫降 0.5 ℃ ，而輸送同等能量同樣長的實心銅棒重量為 22.7kg ，溫差高達 70 ℃ 。

將一定數量的熱管按一定的排列結構組合在一起并將加熱段和冷卻段用隔板分隔開便可構成熱管換熱器。熱管換熱器屬于熱流體與冷流體互不接觸的表面式換熱器。熱管換熱器的特點是結構簡單、換熱效率高、壓損小。在傳遞相同熱量的條件下 , 熱管換熱器的金屬耗量小于其他類型的換熱器；換熱流體通過換熱器時的壓力損失比其他換熱器小 , 因而動力消耗也小。由于冷、熱流體是通過熱管換熱器不同部位換熱的 , 而熱管元件相互又是獨立的 , 因此即使有某根熱管失效、穿孔也不會對冷、熱流體間的隔離與換熱有多少影響。此外 , 熱管換熱器可以方便地調整冷熱側換熱面積比 , 從而可有效地避免有腐蝕性氣體的露點腐蝕。熱管換熱器的這些特點正越來越受到人們的重視 , 其用途亦日趨廣泛。