Un tubo di calore è un sistema evaporatore-condensatore chiuso. Il guscio sigillato è un tubo cavo rivestito con una struttura capillare o stoppino. Un fluido di lavoro ad una pressione di vapore specificata satura i capillari di stoppino in uno stato di equilibrio tra liquido e vapore.
Il liquido nello stoppino evapora quando il tubo di calore inizia ad assorbire calore. Il vapore riempie l'area cava del tubo di calore, chiamata spazio del vapore, e diffonde il calore uniformemente attraverso il tubo di calore. La distribuzione del calore attraverso il tubo di calore avviene rapidamente e determina l'elevata conduttività termica del tubo di calore.
Quando un punto lungo il tubo di calore scende al di sotto della temperatura di evaporazione, il vapore entra in contatto con lo stoppino e il guscio del refrigeratore e rilascia il suo calore latente nell'involucro. Il vapore non ha più abbastanza energia per mantenere una forma gassosa e si condensa di nuovo in liquido per poi filtrare nella struttura dello stoppino. L'azione capillare all'interno dello stoppino riporta la condensa nella regione dell'evaporatore e completa il ciclo operativo.