Quando la luce solare colpisce la piastra-assorbente del calore all'interno del tubo a vuoto, il fluido di lavoro all'interno del tubo termico bolle e vaporizza. Il vapore scorre continuamente verso il condensatore situato nella parte superiore, dove si condensa diventando liquido. Il fluido di lavoro condensato rifluisce quindi lungo la parete del tubo fino alla sezione evaporatore, completando il ciclo. Questo tipo di tubo di calore, che assorbe il calore e vaporizza da un lato e lo condensa e lo rilascia dall'altro, ottenendo il trasferimento di calore attraverso il cambiamento di fase interna, è comunemente chiamato tubo di calore a gravità. I tubi di calore non hanno un nucleo-che assorbe il calore. Il liquido condensato rifluisce dalla sezione condensatore alla sezione evaporatore per gravità, circolando automaticamente senza alimentazione esterna. Questo è il processo di raccolta del calore di un tubo a vuoto a tubo di calore. Poiché i tubi di calore si basano sulla gravità per far circolare il fluido di lavoro, la sezione dell'evaporatore deve essere posizionata sotto la sezione del condensatore durante il funzionamento. Se la sezione dell'evaporatore è posizionata sopra la sezione del condensatore, la gravità ostacolerà il flusso di ritorno della condensa. Senza l'alimentazione per riportare la condensa alla sezione dell'evaporatore, il tubo termico non funzionerà. Pertanto, i tubi di calore sono anche chiamati diodi a trasferimento di calore un-direzionale. Questa caratteristica dei tubi di calore è ideale per i collettori solari termici. Trasferiscono il calore solare assorbito ad un serbatoio d'acqua, riscaldando l'acqua, con trasferimento di calore irreversibile. In altre parole, assorbono calore durante il giorno ma lo rilasciano durante la notte. Ciò riduce notevolmente la perdita di calore e migliora le prestazioni di isolamento termico del collettore.
Poiché i tubi di calore si basano principalmente sull'assorbimento e sul rilascio di calore latente durante i cambiamenti di fase del fluido di lavoro e sul flusso di vapore per trasferire il calore, e poiché la maggior parte dei fluidi di lavoro hanno un elevato calore latente di vaporizzazione, possono trasferire quantità significative di calore senza richiedere un grande volume di evaporazione. Quando il vapore è saturo, la differenza di temperatura durante il suo flusso e il cambio di fase è minima. La parete relativamente sottile del tubo determina un gradiente di temperatura superficiale molto piccolo. Quando il flusso di calore è molto basso si ottiene una superficie altamente isotermica, migliorando la conduttività termica. L'angolo di installazione del tubo termico ha un certo impatto sulle prestazioni di trasferimento del calore.