陽光穿過吸熱管的層玻璃照到第二層玻璃的黑色吸熱層上，將太陽光能的熱量吸收，由于兩層玻璃之間是真空隔熱的，傳熱將大大減小（輻射傳熱仍然存在，但沒有了熱傳導和熱對流），絕大部分熱量只能傳給玻璃管里面的水，使玻璃管內的水加熱，加熱的水便輕沿著玻璃管受熱面往上進入保溫儲水桶，桶內溫度相對較低的水沿著玻璃管背光面進入玻璃管補充，如此不斷循環，使保溫儲水桶內的水不斷加熱，從而達到熱水的目的。
在太陽能熱利用方面,大多數分散的集熱器與蓄熱器之間的距離相對較遠,因此導熱系統仍是不可或缺的。導熱材料主要有導熱流材料和導熱流管道材料,另外蓄熱材料在液相或氣相狀態下也可作為導熱流材料。國際研究傾向于在蓄熱和導熱過程中采用相同的材料,以降低熱交換系統的復雜程度,從而達到降低系統成本的目的。未來的重點是新型熱傳導媒質的研發如離子流體,以及新型熱循環管道材料如金屬化塑膠管等。
循環管路
家用太陽能熱水器通常按自然循環方式工作，沒有外在的動力。真空管式太陽能熱水器為直插式結構，熱水通過重力作用提供動力。平板式太陽能熱水器通過自來水的壓力（稱為頂水）提供動力。而太陽能集中供熱系統均采用泵循環。由于太陽能熱水器集熱面積不大，考慮到熱能損失，一般不采用管道循環。
使用過程
平板式太陽能熱水器為頂水方式工作，真空管太陽能熱水器也可實行頂水工作的方式，水箱內可以采用夾套或盤管方式。頂水工作的優點是供水壓力為自來水壓力，比自然重力式壓力大，尤其是安裝高度不高時，其特點是使用過程中水溫先高后低，容易掌握，使用者容易適應，但是要求自來水保持供水能力。頂水工作方式的太陽能熱水器比重力式熱水器成本大，價格高。