Kad saules gaisma saskaras ar siltumu{0}}absorbējošu plāksni vakuuma caurulē, darba šķidrums siltuma caurulē uzvārās un iztvaiko. Tvaiki nepārtraukti plūst uz augšpusē esošo kondensatoru, kur tie kondensējas šķidrumā. Pēc tam kondensētais darba šķidrums plūst gar caurules sieniņu atpakaļ uz iztvaicētāja sekciju, pabeidzot ciklu. Šāda veida siltuma caurules, kas vienā galā absorbē siltumu un iztvaiko, bet otrā galā kondensējas un izdala siltumu, panākot siltuma pārnesi caur iekšēju fāzes maiņu, parasti sauc par gravitācijas siltuma cauruli. Siltuma caurulēm trūkst siltumu{5}}absorbējošas serdes. Kondensētais šķidrums gravitācijas ietekmē plūst atpakaļ no kondensatora sekcijas uz iztvaicētāja sekciju, automātiski cirkulējot bez ārējas strāvas. Šis ir siltuma cauruļu vakuuma caurules siltuma savākšanas process. Tā kā siltuma caurules ir atkarīgas no gravitācijas, lai cirkulētu darba šķidrumu, iztvaicētāja sekcija darbības laikā jānovieto zem kondensatora sekcijas. Ja iztvaicētāja sekcija ir novietota virs kondensatora sekcijas, gravitācija kavēs kondensāta atgriešanās plūsmu. Ja nav strāvas, lai atgrieztu kondensātu uz iztvaicētāja sekciju, siltuma caurule nedarbosies. Tāpēc siltuma caurules tiek sauktas arī par vienvirziena siltuma pārneses diodēm. Šī siltuma cauruļu īpašība ir ideāli piemērota saules siltuma kolektoriem. Tās pārnes absorbēto saules siltumu uz ūdens tvertni, sildot ūdeni ar neatgriezenisku siltuma pārnesi. Citiem vārdiem sakot, tie absorbē siltumu dienas laikā, bet atbrīvo to naktī. Tas ievērojami samazina siltuma zudumus un uzlabo kolektora siltumizolācijas veiktspēju.
Tā kā siltuma caurules galvenokārt balstās uz latentā siltuma absorbciju un izdalīšanos darba šķidruma fāzes maiņas laikā un tvaika plūsmu, lai pārnestu siltumu, un tā kā lielākajai daļai darba šķidrumu ir augsts latentais iztvaikošanas siltums, tās var pārnest ievērojamu daudzumu siltuma, neprasot lielu iztvaikošanas tilpumu. Kad tvaiks ir piesātināts, temperatūras starpība tā plūsmas un fāzes maiņas laikā ir minimāla. Salīdzinoši plānā caurules siena rada ļoti mazu virsmas temperatūras gradientu. Kad siltuma plūsma ir ļoti zema, tiek sasniegta ļoti izotermiska virsma, kas uzlabo siltumvadītspēju. Siltuma caurules uzstādīšanas leņķim ir noteikta ietekme uz siltuma pārneses veiktspēju.