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。
熱電材料(又稱溫差電材料)是一種利用固體內部載流子的運動實現熱能和電能的直接相互轉化的功能材料,其工作原理是固體在不同溫度下具有不同的電子或空穴激發特征,當熱電材料兩端存在溫差時,材料兩端電子或空穴激發數量的差異將形成電勢差(電壓)。熱電材料主要分為半導體金屬合金型熱電材料、方鈷礦型熱電材料、金屬硅化物型熱電材料、氧化物型熱電材料4種。2007年日本在氧化物熱電材料的研究中走在世界前列。目前,已經商業應用的熱電材料有PbTe(工作溫度為230～ 530℃,主要用于發電)、Bi2Te3/Sb2Te(工作溫度為室溫～ 130℃,主要用于小規模發電以及制冷)、SiGe(工作溫度高于530℃,主要用于外太空發電)。
保溫水箱
儲存熱水的容器。通過集熱管采集的熱水必須通過保溫水箱儲存，防止熱量損失。太陽能熱水器的容量是指熱水器中可以使用的水容量，不包括真空管中不能使用的容量。對承壓式太陽能熱水器，其容量指可發生熱交換的介質容量。
太陽能熱水器保溫水箱由內膽、保溫層、水箱外殼三部分組成。
水箱內膽是儲存熱水的重要部分，其用材料強度和耐腐蝕性至關重要。市場上有不銹鋼、搪瓷等材質。保溫層保溫材料的好壞直接關系著保溫效果，在寒冷季節尤其重要。較好的保溫方式是聚氨脂整體發泡工藝保溫。外殼一般為彩鋼板、鍍鋁鋅板或不銹鋼板。
保溫水箱要求保溫效果好，耐腐蝕，水質清潔。
集熱器
系統中的集熱元件。其功能相當于電熱水器中的電熱管。和電熱水器、燃氣熱水器不同的是，太陽能集熱器利用的是太陽的輻射熱量，故而加熱時間只能在太陽照射度達到一定值的時候。
目前中國市場上最常見的是全玻璃太陽能真空集熱管。結構分為外管、內管，在內管外壁鍍有選擇性吸收涂層。平板集熱器的集熱面板上鍍有黑鉻等吸熱膜，金屬管焊接在集熱板上，平板集熱器較真空管集熱器成本稍高，近幾年平板集熱器呈現上升趨勢，尤其在高層住宅的陽臺式太陽能熱水器方面有獨特優勢。全玻璃太陽能集熱真空管一般為高硼硅3.3特硬玻璃制造，選擇性吸熱膜采用真空濺射選擇性鍍膜工藝。