Nguyên tắc truyền nhiệt cốt lõi của ống tản nhiệt dựa trên sự tối ưu hóa kỹ thuật của quá trình trao đổi nhiệt. Trong các tình huống trao đổi nhiệt khí-lỏng, điện trở nhiệt đối lưu ở phía không khí cao hơn đáng kể so với phía chất lỏng bên trong, tạo ra nút thắt làm hạn chế tốc độ truyền nhiệt tổng thể. Theo phương trình truyền nhiệt cơ bản (Q=U⋅A⋅ΔT. )

Giải pháp do ống tản nhiệt cung cấp là tăng đáng kể diện tích trao đổi nhiệt (A) bằng cách gắn các lá tản nhiệt kim loại, với chi phí là giảm không thể tránh khỏi sự chênh lệch nhiệt độ hiệu quả (khi nhiệt độ giảm dọc theo chiều cao của lá tản nhiệt). Đồng thời, các lá tản nhiệt giúp cải thiện hệ số truyền nhiệt ở phía không khí bằng cách làm xáo trộn luồng không khí. Bản chất nằm ở việc giảm tỷ lệ điện trở nhiệt phía không khí trong tổng điện trở nhiệt, do đó làm tăng đáng kể hệ số truyền nhiệt tổng thể (U) và tốc độ truyền nhiệt (Q).

1. Truyền nhiệt đối lưu bên trong: Chất lỏng làm việc ở nhiệt độ cao (nước, chất làm lạnh, v.v.) chảy bên trong ống, truyền nhiệt đến thành bên trong của ống cơ sở với hệ số truyền nhiệt đối lưu tương đối cao.
2. Dẫn nhiệt xuyên tâm qua thành ống: Nhiệt được dẫn hiệu quả qua thành kim loại của ống cơ sở từ bề mặt bên trong đến bề mặt bên ngoài.
3. Khuếch tán nhiệt theo chiều ngang: Nhiệt từ thành ống bên ngoài lan truyền theo hai hướng chính: thứ nhất, làm nóng trực tiếp không khí xung quanh và thứ hai, dẫn dọc theo lá tản nhiệt bắt đầu từ gốc của nó (nơi nó tiếp xúc chặt chẽ với ống). Điều này biến toàn bộ lá tản nhiệt thành một bề mặt tản nhiệt mở rộng.
4. Truyền nhiệt đối lưu từ bề mặt lá tản nhiệt sang không khí: Khi không khí chảy qua dãy lá tản nhiệt, quá trình trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức xảy ra với diện tích bề mặt lá tản nhiệt rộng lớn, mang nhiệt đi. Hình dạng phức tạp của các lá tản nhiệt (gợn sóng, có rãnh, v.v.) giúp phá vỡ lớp biên không khí, tăng cường sự nhiễu loạn và cải thiện hiệu quả của giai đoạn này.

Tóm lại, ống tản nhiệt sử dụng cơ chế cốt lõi là "mở rộng diện tích bề mặt" để biến quá trình truyền nhiệt phía khí có điện trở cao thành một quá trình hiệp đồng kết hợp dẫn nhiệt kim loại hiệu quả và truyền nhiệt đối lưu diện tích lớn. Điều này cho phép trao đổi nhiệt hiệu quả cao giữa khí và chất lỏng trong một không gian kinh tế và nhỏ gọn, đó chính xác là lý do tại sao nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như điều hòa không khí, bộ tản nhiệt và bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng không khí.