散熱管在進行使用時其熱量會從熱源通過熱管管壁和充滿工作液體的吸液芯傳遞到（液－汽）分界面，液體在蒸發段內的（液－汽）分界面上蒸發，蒸汽腔內的蒸汽從蒸發段流到冷凝段。

散熱管的蒸汽在冷凝段內的汽．液分界面上凝結，熱量從（汽－液）分界面通過吸液芯、液體和管壁傳給冷源，在吸液芯內由于毛細作用使冷凝后的工作液體回流到蒸發段。

散熱管在進行使用時具有很高的導熱性，在運行時其熱管內部主要是靠工作液體的汽液相變傳熱、熱阻很小，因此具有很高的導熱能力。與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可多傳遞幾個數量級的熱量。當然，高導熱性也是相對而言的，溫差總是存在的，不可能違反熱力學第二定律，并且熱管的傳熱能力受到各種因素的限制，存在著一些傳熱極限；熱管的軸向導熱性很強，徑向并無太大的改善(徑向熱管除外)。

散熱管的熱管內腔的蒸汽是處于飽和狀態的，在進行操作時其飽和蒸汽的壓力在一定程度上決定于飽和溫度，在進行操作時其飽和蒸汽從蒸發段流向冷凝段所產生的壓降很小，根據熱力學中的方程式可知，溫降亦很小，因而熱管具有優良的等溫性。

散熱管的熱管可以獨立改變蒸發段或冷卻段的加熱面積，即以較小的加熱面積輸入熱量，而以較大的冷卻面積輸出熱量，或者熱管可以較大的傳熱面積輸入熱量，而以較小的冷卻面積輸出熱量，這樣即可以改變熱流密度，解決一些其他方法難以解決的傳熱難題。