Hladnjak s toplinskom cijevi sastoji se od zapečaćene cijevi, strukture fitilja i kanala za paru. Fitilj oblaže unutarnju stijenku zatvorene cijevi i zasićen je hlapljivom tekućinom-kao što je destilirana voda, amonijak, metanol ili aceton. Hladnjaci napunjeni tekućinama poput amonijaka, metanola ili acetona održavaju izvrsnu sposobnost rasipanja topline čak i pri niskim temperaturama.
Tijekom rada, dio isparivača hladnjaka apsorbira toplinu koju stvara izvor topline (kao što je energetski poluvodički uređaj), uzrokujući da tekućina unutar fitilja proključa i pretvori se u paru. Ova zagrijana para putuje od dijela isparivača do odjeljka kondenzatora; nakon prijenosa topline u kondenzatorski dio, para se ponovno kondenzira u tekućinu. Kondenzirana tekućina zatim se vraća u dio isparivača putem kapilarnog djelovanja unutar fitilja, a ovaj se ciklus kontinuirano ponavlja kako bi se raspršila toplina.
