Когда солнечный свет попадает на теплопоглощающую пластину- внутри вакуумной трубки, рабочая жидкость внутри тепловой трубки закипает и испаряется. Пар непрерывно устремляется к конденсатору наверху, где конденсируется в жидкость. Затем сконденсированная рабочая жидкость течет по стенке трубы обратно в секцию испарителя, завершая цикл. Этот тип тепловой трубы, которая поглощает тепло и испаряет на одном конце, а конденсирует и выделяет тепло на другом, обеспечивая передачу тепла за счет внутреннего фазового перехода, обычно называют гравитационной тепловой трубой. Тепловые трубки не имеют теплопоглощающего-сердечника. Конденсированная жидкость течет обратно из секции конденсатора в секцию испарителя под действием силы тяжести, автоматически циркулируя без внешней энергии. Это процесс сбора тепла вакуумной трубкой с тепловой трубкой. Поскольку в тепловых трубках циркулирует рабочая жидкость за счет гравитации, во время работы секцию испарителя необходимо располагать ниже секции конденсатора. Если секция испарителя расположена над секцией конденсатора, сила тяжести будет препятствовать обратному потоку конденсата. Без питания для возврата конденсата в секцию испарителя тепловая трубка не будет работать. Поэтому тепловые трубки также называют диодами с односторонним теплообменом. Эта характеристика тепловых трубок идеально подходит для солнечных тепловых коллекторов. Они передают поглощенное солнечное тепло резервуару с водой, нагревая воду, с необратимой передачей тепла. Другими словами, они поглощают тепло днем, но отдают его ночью. Это значительно снижает теплопотери и улучшает теплоизоляционные характеристики коллектора.
Поскольку тепловые трубы в первую очередь полагаются на поглощение и выделение скрытого тепла во время фазовых изменений рабочего тела и потока пара для передачи тепла, а также поскольку большинство рабочих жидкостей имеют высокую скрытую теплоту испарения, они могут передавать значительные количества тепла, не требуя большого объема испарения. Когда пар насыщен, разница температур при его течении и фазовом переходе минимальна. Относительно тонкая стенка трубы приводит к очень небольшому градиенту температуры на поверхности. Когда тепловой поток очень низкий, достигается высокая изотермичность поверхности, что улучшает теплопроводность. Угол установки тепловой трубки оказывает определенное влияние на эффективность теплопередачи.