ท่อความร้อนประกอบไปด้วย 3 ส่วนหลักคือ ส่วนทำระเหย (Evaporator section) ส่วนกันความร้อน (Adiabatic section) และส่วนควบแน่น (Condenser section) ลักษณะการทำงานของท่อความร้อนคือท่อความร้อนจะรับเอาความร้อนจากภายนอกที่ส่วนทำระเหยถ่ายเทให้กับสารทำงาน เป็นผลให้สารทำงานเดือดกลายเป็นไอและไหลไปยังส่วนกันความร้อน จากส่วนกันความร้อนสารทำงานจะเคลื่อนที่ต่อไปยังส่วนควบแน่น ที่ส่วนควบแน่นสารทำงานในท่อความร้อนจะระบายความร้อนออกไปสู่ภายนอกผ่านผิวท่อ และควบแน่นกลับไปเป็นของเหลว และไหลวนกลับไปยังส่วนทำระเหยผ่านทางวัสดุพรุนเพื่อรับความร้อนอีกครั้ง