Siltummaiņa darbības princips galvenokārt balstās uz diviem pamata siltuma pārneses mehānismiem: vadīšanu un konvekciju. Vadīšanas siltuma pārnese attiecas uz siltuma pārneses procesu objektā, izmantojot molekulāro vibrāciju. Konvekcijas siltuma pārnese ir siltuma pārneses process šķidrumā caur plūsmu. Praktiski šie divi siltuma pārneses mehānismi bieži vien pastāv līdzās un ietekmē viens otru. Piemēram, apvalka-un-caurules siltummainī siltumu var vadīt cauri cauruļu sienām, savukārt šķidrums caurulēs pārnes siltumu konvekcijas ceļā.
Siltummaiņu projektēšanā un ražošanā jāņem vērā to faktiskie pielietojuma scenāriji un ekspluatācijas apstākļi. Piemēram, pārtikas pārstrādē izmantotajiem siltummaiņiem jāatbilst pārtikas nekaitīguma standartiem, savukārt ķīmiskajā rūpniecībā izmantotajiem ir jāiztur tādi skarbi apstākļi kā ķīmiskā korozija un augsta temperatūra un spiediens. Tāpēc, lai uzlabotu iekārtu efektivitāti, drošību un uzticamību, ir ļoti svarīgi izvēlēties piemērotus siltummaiņus un izstrādāt ražošanas procesu.
