平板式太阳能热水器的吸热过程比较简单，太阳辐射透过玻璃盖板，热能被集热板吸收后沿肋片和管壁传导给吸热管内的水。
真空管式太阳能热水器的集热板由许多真空集热管组成，就像是许多并排的细长的暖瓶胆。真空管的内外层之间是真空的，内管外表面有一层特种材料涂层，可以有效吸收太阳辐射能，并转化为热能，传导给管内的水。利用冷水比重大、热水比重小的原理，吸热管和保温水箱之间形成了冷水下沉、热水上升的自然对流循环，使水箱中的水逐渐变热。通过保温水箱储存热水，可以保证人们随时有热水使用。通过连接管道按需要输送热水或冷水，使整套系统形成一个闭合的环路。通过控制系统显示并全自动控制水温、水位，还能防止真空管在高温空晒后又因突然注入冷水而爆裂。
主机支架支撑着集热板与保温水箱，还用来调节集热板与地平面之间的角度，以形成一个倾斜角，这是为了使太阳能热水器的集热板能获取限度的太阳能量。研究人员专门设计了软件来计算集热板在不同地区的倾斜角，而在进行人工估算时，通常釆用在正午时太阳光垂直射入集热板采光面为倾斜角。