Le principe de fonctionnement d'une chambre à vapeur est identique à celui d'un caloduc, impliquant quatre étapes principales : conduction, évaporation, convection et condensation. Une chambre à vapeur est un dispositif fluide à deux phases constitué d'un récipient scellé recouvert d'une surface micro-structurée et rempli d'eau pure. La chaleur pénètre dans la chambre à partir d'une zone externe à haute température-par conduction ; l'eau entourant la source de chaleur absorbe rapidement cette chaleur et se vaporise, emportant une quantité importante d'énergie thermique. Tirant parti de la chaleur latente de vaporisation, la vapeur se diffuse de la zone à haute-pression (haute-température) vers la zone à basse-pression (basse-température) ; au contact des parois intérieures plus froides, la vapeur se condense rapidement en liquide, libérant ainsi l'énergie thermique stockée. L'eau condensée retourne à la source de chaleur par action capillaire au sein de la micro-structure, complétant le cycle de transfert de chaleur et établissant un système à deux-phases où l'eau et la vapeur coexistent. Une vaporisation continue se produit dans la chambre, la pression interne s'équilibrant automatiquement en réponse aux fluctuations de température. Bien que la conductivité thermique de l'eau soit relativement faible à des températures de fonctionnement plus basses, sa viscosité varie en fonction de la température, permettant à la chambre à vapeur de fonctionner efficacement même à 5 ou 10 degrés. Étant donné que le retour du liquide repose sur l'action capillaire plutôt que sur la gravité, la chambre à vapeur n'est en grande partie pas affectée par l'orientation, offrant une plus grande flexibilité dans la conception du système et permettant une installation sous n'importe quel angle. Ne nécessitant aucune alimentation externe et ne contenant aucune pièce mobile, la chambre à vapeur est un dispositif passif complètement scellé.
