热管工作过程可分为六个阶段:
(1) 外部热源对热管蒸发段加热。热量由管壁外面依次传给管壁→包含液体的吸液芯;
(2) 液体温度上升，液面上产生蒸发、汽化，热以潜热形式传给蒸汽;
(3) 随着温度上升，饱和蒸汽压力也上升，因而，蒸汽在压力差作用下，由蒸汽通路流过，流向温度和压力都较低的另一端--冷凝段;
(4) 蒸气在冷凝段的气液界面处，冷凝放出潜热;
(5) 热从气液界面处顺次经过吸液芯，管壁(冷凝段的管壁) 放给外部吸热源;
(6) 冷凝段，依靠毛细压力作用，通过吸液芯，从冷凝段返回蒸发段完成一个环流循环。如此反复循环，热管不断地工作。在六个过程中，(3)和(6)为物质移动现象，其余过程为传热现象。即热管工作过程中包含传热，能量传递，又包括传质。
一般地说，热管理论是描述同时出现的流体动力和传热过程，用流体动力学理论来说明环流过程(循环过程)，其主要的任务是决定循环量，从而确定热管的传热能力。同时也描述和确定影响循环量。传热理论本质上是涉及输入和输出热管的热量，主要用来予测总的传热系数，进行传热计算。因为热管是借助于蒸发(气化)和冷凝过程，所以，它受到一些限制，传热理论用于研究这些限制，并提供传热模型。
当热管在地面上应用时，可以让重力来帮助凝液回流，这时只要将热管倾斜放置，加热段在下，冷却段在上就可以了，这样的热管叫重力辅助热管。由于重力可以帮助回流，对吸液芯的要求大为降低。如果将热管垂直放置，管内不加吸液芯，完全靠重力回流液体，这样的热管又叫热虹吸管。由此可见，热虹吸管结构简单，制造容易，成本低廉，因而广泛地应用于节能工程中。
热管由于靠工质的相变传热，因而具有优异的传热特性，如果将一支热管与外形尺寸完全相同的一支铜棒进行比较，将它们的一端同时插入热源中，当二者传递相同的功率时，热管具有良好的轴向等温性，而铜棒却有明显的温度降落。热管可以在很小的温差下传输大量的热量。热管的相当导热系数比导热性能良好的铜可高出几十倍，甚至数百倍，因而有超导热体之称。
