Princip rada izmjenjivača topline prvenstveno se temelji na dva osnovna mehanizma prijenosa topline: kondukciji i konvekciji. Kondukcijski prijenos topline odnosi se na proces prijenosa topline unutar objekta putem molekularne vibracije. Prijenos topline konvekcijom je proces prijenosa topline unutar tekućine kroz protok. U praktičnim primjenama ova dva mehanizma prijenosa topline često koegzistiraju i utječu jedan na drugog. Na primjer, u školjkastom--cijevnom izmjenjivaču topline, toplina se može provoditi kroz stijenke cijevi, dok tekućina unutar cijevi prenosi toplinu putem konvekcije.
Dizajn i proizvodnja izmjenjivača topline moraju uzeti u obzir njihove stvarne scenarije primjene i radne uvjete. Na primjer, izmjenjivači topline koji se koriste u preradi hrane moraju ispunjavati standarde sigurnosti hrane, dok oni koji se koriste u kemijskoj industriji moraju biti u stanju izdržati teške uvjete kao što su kemijska korozija te visoke temperature i pritisci. Stoga su odabir odgovarajućih izmjenjivača topline i projektiranje proizvodnog procesa ključni za poboljšanje učinkovitosti, sigurnosti i pouzdanosti opreme.
