Коли сонячне світло потрапляє на тепло{0}}поглинальну пластину всередині вакуумної трубки, робоча рідина всередині теплової трубки кипить і випаровується. Пара постійно спрямовується до конденсатора у верхній частині, де конденсується в рідину. Потім конденсована робоча рідина тече вздовж стінки труби назад до секції випарника, завершуючи цикл. Цей тип теплової труби, яка поглинає тепло і випаровується на одному кінці, а конденсує та виділяє тепло на іншому, досягаючи теплопередачі через внутрішню фазову зміну, зазвичай називається гравітаційною теплою трубою. Теплові трубки не мають серцевини,-що поглинає тепло. Конденсована рідина повертається із секції конденсатора до секції випарника під дією сили тяжіння, автоматично циркулюючи без зовнішнього живлення. Це процес збирання тепла вакуумною трубкою теплової труби. Оскільки для циркуляції робочої рідини теплові труби залежать від сили тяжіння, секцію випарника під час роботи слід розташовувати нижче секції конденсатора. Якщо секцію випарника розмістити над секцією конденсатора, сила тяжіння перешкоджатиме зворотному потоку конденсату. Без живлення для повернення конденсату в секцію випарника теплова труба не працюватиме. Тому теплові трубки також називають-односторонніми теплообмінними діодами. Ця характеристика теплових трубок ідеально підходить для сонячних колекторів. Вони передають поглинене сонячне тепло в резервуар для води, нагріваючи воду, з необоротною передачею тепла. Іншими словами, вони поглинають тепло вдень, але віддають його вночі. Це значно зменшує втрати тепла та покращує теплоізоляційні характеристики колектора.
Оскільки теплові труби передусім покладаються на поглинання та виділення прихованого тепла під час фазових змін робочої рідини та потоку пари для передачі тепла, а оскільки більшість робочих рідин мають високу приховану теплоту випаровування, вони можуть передавати значну кількість тепла, не вимагаючи великого об’єму випаровування. Коли пара насичена, різниця температур під час її течії та зміни фаз мінімальна. Відносно тонка стінка труби призводить до дуже малого градієнта температури поверхні. Коли тепловий потік дуже низький, досягається високоізотермічна поверхня, що покращує теплопровідність. Певний вплив на продуктивність теплообміну має кут установки теплопроводу.