虽然不同类型的热二极管结构有所区别，但都包括蒸发段、绝热段,冷凝段三个部分。

供热二极管工作原理是通过工质在蒸发段受热蒸发汽化,在重力场、加速压差的作用下流向冷凝段,并在冷凝段放出热量凝结为液体。冷凝液体依靠重力作用流回蒸发段,然后再继续蒸发、冷凝,如此三种式热二极管结构实现热量从蒸发段到冷凝段的传递和工质在管内的循环。

对于热虹吸管和分离式热管,由于冷凝液从冷凝段返回蒸发段是依靠重力作用实现的,故这两种热二极管的蒸发段必须置于冷凝段下方,所以它们都是单向(由下向上)传热的热二极管。而张仁元教授等学者提出的两相双向热二极管概念,则能够通过改变绝热段倾角来改变传热方向。另外,两相双向热二极管内蒸汽和冷凝回流液相互是不接触的,没有汽液交界面的剪切现象,所以不存在携带传热极限。