热管的核心原理是相变传热，利用工作液体的蒸发和冷凝来高效传递热量。具体过程如下：热管一端（蒸发端）接触热源，比如CPU，内部液体受热汽化，吸收大量汽化潜热；蒸汽在压差驱动下快速流向另一端（冷凝端），遇冷凝结成液体，释放潜热；冷凝后的液体通过毛细结构（如烧结粉末或沟槽）靠毛细力回流到蒸发端，形成循环。这个循环不需要外部动力，而且因为相变潜热巨大，所以热管的有效导热系数可以达到纯铜的数百倍。
实际使用中，热管有几点限制：一是方向性，虽然现代热管通过毛细结构可以在一定程度上克服重力，但如果冷凝端在蒸发端下方，重力会辅助回流，效率更高；反之，如果冷凝端在上方（比如机箱倒置），毛细力需要克服重力，性能可能下降。二是热管有最大传热能力（热管功率），超过这个极限会导致蒸发端干涸，性能骤降。三是寿命问题，热管是密封的，内部工作液体和毛细结构会随时间老化，但优质热管通常能稳定工作5-10年。
另外，热管并非直接接触CPU，而是通过底座（通常是铜底或均热板）将热量均匀分布到多根热管上。热管与散热鳍片的结合也很关键，通常采用穿Fin或焊接工艺，确保热传导路径通畅。总之，热管技术成熟且高效，是当前风冷散热器的核心。