Untuk antarmuka panas pada pipa kalor, cairan yang bersentuhan dengan permukaan padat yang konduktif secara termal akan berubah menjadi uap setelah menyerap panas dari permukaannya. Uap tersebut kemudian bergerak di sepanjang pipa kalor menuju antarmuka dingin dan mengembun menjadi cairan - melepaskan panas laten. Cairan kemudian kembali ke antarmuka panas melalui aksi kapiler, gaya sentrifugal, atau gravitasi, dan siklus tersebut berulang. Karena kemampuan koefisien perpindahan panasnya yang sangat tinggi untuk menghasilkan proses mendidih dan kondensasi, pipa kalor merupakan konduktor termal yang sangat efektif. Konduktivitas termal yang efektif bervariasi tergantung dari panjangnya pipa kalor, dan dapat mendekati 100 kW/(m⋅K) untuk pipa kalor yang panjang, dibandingkan dengan tembaga yang hanya sekitar 0,4 kW/(m⋅K).
