Hladnjak sa toplotnom cijevi sastoji se od zatvorene cijevi, strukture od fitilja i kanala za paru. Fitilj oblaže unutrašnji zid zatvorene cijevi i zasićen je isparljivom tekućinom-kao što je destilovana voda, amonijak, metanol ili aceton. Hladnjaci napunjeni tečnostima kao što su amonijak, metanol ili aceton održavaju odlične mogućnosti odvođenja toplote čak i na niskim temperaturama.
Tokom rada, dio isparivača hladnjaka apsorbira toplinu koju generiše izvor toplote (kao što je energetski poluprovodnički uređaj), uzrokujući da tečnost unutar fitilja proključa i pretvori se u paru. Ova zagrijana para putuje od dijela isparivača do dijela kondenzatora; nakon prijenosa svoje topline na dio kondenzatora, para se ponovo kondenzira u tekućinu. Kondenzovana tečnost se zatim vraća u sekciju isparivača putem kapilarnog dejstva unutar fitilja, i ovaj ciklus se neprekidno ponavlja kako bi se raspršila toplota.
