Die Funktion der Heatpipe basiert auf auf dem Phasenwechsel des Arbeitsmediums. Im Betrieb wird permanent Dampf von der Wärmequelle zur Wärmesenke hin und Flüssigkeit zurück transportiert. Der innere Durchmesser der Heatpipe, die Reibungswiderstände des Dampfstromes an der Rohrwand oder auch die Wechselwirkungen zwischen Dampf und Flüssigkeit begrenzen die Leistungsfähigkeit im gewissen Maße. Bei Loop-Heatpipes werden die Ströme getrennt.

Es gibt einen Verdampfer und einen Kondensator, wobei der Verdampfer die Wärme aufnimmt und der Kondensator die Wärme abgibt. In der Regel sind die Verdampfer in der Form einer Platte gestaltet, auf den die Wärmequelle aufgeschraubt oder geklebt wird. Der Kondensator kann sowohl aus Finnen zur konvektiven Wärmeangabe an die Umgebung oder auch aus einer Platte bestehen zur Abgabe beispielsweise an einen Flüssigkeitskreislauf. Diese beiden Bauteile sind durch Rohrleitungen miteinander verbunden, die durchaus eine Länge von einem Meter oder mehr haben können. Durch einen Teil der Rohre strömt der Dampf vom Verdampfer zum Kondensator und durch den anderen Teil der Rohre fließt das Fluid zurück. Durch diese Separierung des Kreislaufes sind größere Leistungen bei sehr geringen Widerständen über Strecken von einem Meter oder mehr übertragbar. Die Auslegung und Fertigung eines solchen Systems ist jedoch mit indem gewissen Aufwand verbunden, so dass sie preislich nicht mit klassischen Heatpipesystemen vergleichbar sind. Dennoch ist ihr Einsatz in bestimmten Anwendungen, beispielsweise High-Power-LEDs sinnvoll.