چاه حرارتی انرژی حرارتی را از دستگاه با دمای بیشتر به محیط سیال با دمای پایین‌تر منتقل می‌کند. محیط سیال معمولاً هوا بوده ولیکن آب، مبرد یا روغن هم می‌تواند باشد. درصورتی‌که محیط سیال آب باشد، چاه حرارتی صفحه سرد نامیده می‌شود. در ترمودینامیک، چاه حرارتی منبع گرمی است که می‌تواند مقدار نامشخصی گرما را بدون تغییر دمای قابل‌توجه جذب کند. چاه‌های حرارتی عملی برای دستگاه‌های الکترونیکی می‌بایست دمایی بیشتر از محیط برای انتقال حرارت با همرفت، تابش و رسانش داشته باشند. منبع توان تجهیزات الکترونیکی راندمان 100% ندارند و گرمای اضافی که می‌تواند برای کار دستگاه مضر باشد، تولید می‌شود. به همین دلیل از چاه حرارتی برای پخش کردن حرارت برای بهبود راندمان انرژی استفاده می‌شود.

   برای درک اصل چاه حرارتی، می‌بایست قانون رسانش حرارتی فوریه را در نظر گرفت. قانون رسانش حرارتی فوریه ساده‌شده به یک بعد در جهت x نشان می‌دهد که در جسم گرادیان دمایی وجود دارد و حرارت از دمای بیشتر به دمای کمتر منتقل می‌شود. شار رسانش حرارتی که با q_k نشان داده می‌شود متناسب با ضرب گرادیان دما و سطح مقطعی که حرارت از آن منتقل می‌شود است.

q_k=-kAdT/dx

   با در نظر گرفتن یک چاه حرارتی در مجزا، که جریان هوا از آن جریان دارد، فرض می‌شود که چاه حرارتی دمای بیشتری نسبت به هوا دارد. با اعمال معادله انرژی، برای شرایط پایا، و قانون سرمایش نیوتن، معادلات زیر برقرار خواهند بود:

Q^.=m^.*c_p,in(T_air,out-T_air,in)

Q^.=(T_hs-T_air,av)/R_hs

T_air,av=(T_air,in+T_air,out)/2

   هنگامی‌که از مبدل‌های فشرده استفاده می‌شود، بجای دمای متوسط از دمای لگاریتمی متوسط استفاده می‌شود. m^. دبی جرمی هوا با واحد کیلوگرم بر ثانیه است. معادلات بالا نشان می‌دهند که:

1. هنگامی‌که جریان هوا در چاه حرارتی کاهش پیدا می‌کند، منجر به افزایش دمای هوای متوسط می‌شود. در مقابل این امر موجب افزایش دمای پایه چاه حرارتی می‌شود. بعلاوه، مقاومت حرارتی چاه حرارتی نیز افزایش می‌یابد. نتیجه کلی افزایش دمای پایه چاه حرارتی است.
2. دمای هوای ورودی شدیداً به دمای پایه چاه حرارتی مرتبط است. دمای هوای ورودی بیشتر منجر به دمای پایه بیشتر برای چاه حرارتی می‌شود.
3. درصورتی‌که هیچ جریان هوایی پیرامون چاه حرارتی نباشد، انرژی منتقل نمی‌شود.

   جابجایی طبیعی نیاز به جریان آزاد هوا پیرامون چاه حرارتی دارد. درصورتی‌که فین‌ها به‌صورت عمودی قرار نگرفته باشند و یا بسیار به یکدیگر نزدیک باشند، راندمان چاه حرارتی کاهش پیدا می‌کند.