در یک آبگرمکن خورشیدی، به میزانی که آب گرم استفاده شده و از مخزن کم می شود، از ورودی آب، آب سرد وارد مخزن شده و با همرفت دمایی بلافاصله مجدد آب گرم در دسترس خواهد بود. نحوه کار گرم شدن آب گرم شدن آب در چرخه آبگرمکن خورشیدی، از مفهوم چگالی نشات می گیرد. لوله های آبگرمکن خورشیدی بصورت شیب دار تعبیه می شود. پس از پر شدن آب در مخزن و لوله کشی، آب به وسیله نور خورشید در لوله ها گرم می شود. بعلت سبک تر بودن آب گرم (نسبت به آب سرد)، آب گرم به طرف بالا (در داخل مخزن) حرکت کرده و آب سرد جای آن را در لوله ها می گیرد. این روند تا زمانی که کل مخزن هم دما شود، بصورت خودکار انجام می شود. تنها کاری که بعد از گرم شدن آب باید انجام شود، حفظ دمای آب داخل مخزن می باشد که برای این منظور از لوله های دوجداره و مخزن دو لایه استیل و یک لایه عایق پلی یورتان استفاده می شود؛ به همین دلیل این نوع آبگرمکن قادر است تا سه روز آب را در یک دمای معین نگه دارد. تمام آبگرمکن های خورشیدی شامل کلکتورهایی هستند که آب لوله کشی در آنها گرم می شود. عملکرد اصلی آبگرمکن خورشیدی این است که آب یا مایع مبادله کننده حرارت (heat-exchanging liquid) را در معرض اشعه های خورشید قرار می گیرد. سپس مایع گرم شده را برای استفاده خانگی به خانه برگرداند. اجزای اصلی یک مخزن ذخیره سازی (storage tank) و یک کلکتور خورشیدی (Sun collector) برای به دام انداختن گرمای خورشید است. آب (یا یک سیال انتقال حرارت) از کلکتورها عبور می کند و گرمای خورشید را جذب می کند و سیال به یک مخزن آب (یا واحد تبادل حرارت (heat transfer fluid)) منتقل می شود، تا برای مصارف خانگی استفاده می شود.
لوله های خلأ بشکل مدور بوده که یک سر آن باز (داخل تانک افقی ذخیره آب قرار دارد که با واشر سیلیکونی، آب بند می شود) و سر دیگر آن بسته است (در پایین بوسیله شبکه نگهدارنده، حفظ می شود)، وظیفه گرم کردن آب را بر عهده دارند. شکل مدور لوله های خلأ باعث می شود که اشعه خورشید در هر زاویه ای به آن عمود باشد (حتی در زمان طلوع و غروب خورشید، که منجر به افزایش چشمگیر کارایی دستگاه می شود). این لوله بصورت سه لایه ای ساخته شده است که هر لایه نقش خاصی دارد؛ لایه شیشه ای داخلی (که در تماس با آب است)، لایه جاذب نور خورشید چسبیده به لایه شیشه ای داخلی (به رنگ تیره است و بکمک تکنولوژی نانو و از مواد جاذب تشکیل شده (از انعکاس نور جلوگیری می کند و با گرم شدن این لایه، گرما به آب داخل لوله منتقل می شود)، لوله شیشه ای خارجی که بین لوله داخلی و لوله خارجی قرار دارد و خلأ کامل است (که باعث افزایش راندمان سیستم می شود). لازم به توضیح است، در آبگرمکن های خورشیدی نسل جدید، تنها از طریق نور مرئی خورشید گرم نمی شود؛ بلکه تابش غیرمرئی نیز توسط سیستم جذب شده و آب را گرم می کند (ولی دمای آب خروجی کاهش می یابد). از طرفی هم مخزن بصورت دوجداره (و عایق شده) در نظر گرفته می شود که موجب می شود تا دمای آب مخزن تا 72 ساعت بدون تغییر دما حفظ شود.
