Princíp činnosti výmenníka tepla je primárne založený na dvoch základných mechanizmoch prenosu tepla: vedení a konvekcii. Prenos tepla vedením sa vzťahuje na proces prenosu tepla v objekte prostredníctvom molekulárnych vibrácií. Konvekčný prenos tepla je proces prenosu tepla v kvapaline prúdením. V praktických aplikáciách tieto dva mechanizmy prenosu tepla často koexistujú a navzájom sa ovplyvňujú. Napríklad v plášťovom -a{5}}rúrkovom výmenníku tepla môže byť teplo vedené cez steny rúrok, zatiaľ čo tekutina vo vnútri rúrok prenáša teplo konvekciou.
Konštrukcia a výroba výmenníkov tepla musia brať do úvahy ich skutočné scenáre použitia a prevádzkové podmienky. Napríklad výmenníky tepla používané pri spracovaní potravín musia spĺňať normy bezpečnosti potravín, zatiaľ čo výmenníky používané v chemickom priemysle musia byť schopné odolať drsným podmienkam, ako je chemická korózia a vysoké teploty a tlaky. Preto je výber vhodných výmenníkov tepla a návrh výrobného procesu rozhodujúci pre zlepšenie účinnosti, bezpečnosti a spoľahlivosti zariadenia.
