Když sluneční světlo dopadá na desku pohlcující teplo- uvnitř vakuové trubice, pracovní tekutina uvnitř tepelné trubice se vaří a vypařuje. Pára nepřetržitě spěchá do kondenzátoru nahoře, kde kondenzuje na kapalinu. Zkondenzovaná pracovní tekutina pak proudí podél stěny trubky zpět do sekce výparníku, čímž je cyklus dokončen. Tento typ tepelné trubice, která absorbuje teplo a vypařuje se na jednom konci a kondenzuje a uvolňuje teplo na druhém, čímž se dosahuje přenosu tepla prostřednictvím vnitřní změny fáze, se běžně nazývá gravitační tepelná trubice. Tepelné trubice postrádají jádro-pohlcující teplo. Zkondenzovaná kapalina proudí zpět z kondenzátorové části do výparníkové části gravitací a automaticky cirkuluje bez vnějšího napájení. Toto je proces shromažďování tepla vakuové trubice s tepelnou trubicí. Protože tepelné trubice při cirkulaci pracovní tekutiny spoléhají na gravitaci, musí být sekce výparníku během provozu umístěna pod sekcí kondenzátoru. Pokud je sekce výparníku umístěna nad sekcí kondenzátoru, gravitace bude bránit zpětnému toku kondenzátu. Bez napájení pro návrat kondenzátu do sekce výparníku nebude tepelná trubice fungovat. Tepelným trubicím se proto také říká-jednosměrné diody přenosu tepla. Tato vlastnost tepelných trubic se ideálně hodí pro solární tepelné kolektory. Předávají absorbované sluneční teplo do vodní nádrže, ohřívají vodu, s nevratným přenosem tepla. Jinými slovy, absorbují teplo během dne, ale uvolňují ho v noci. To výrazně snižuje tepelné ztráty a zlepšuje tepelně izolační vlastnosti kolektoru.
Protože tepelné trubice primárně spoléhají na absorpci a uvolňování latentního tepla během fázových změn pracovní tekutiny a proudění páry k přenosu tepla, a protože většina pracovních tekutin má vysoké latentní teplo vypařování, mohou přenášet značné množství tepla, aniž by vyžadovaly velký objem odpařování. Při nasycení páry je rozdíl teplot při jejím proudění a fázové změně minimální. Relativně tenká stěna trubky má za následek velmi malý gradient povrchové teploty. Když je tepelný tok velmi nízký, je dosaženo vysoce izotermického povrchu, který zlepšuje tepelnou vodivost. Úhel instalace tepelné trubice má určitý vliv na výkon přenosu tepla.