سیال عامل حرارت را از محل گرم دریافت کرده و در محل سر دفع می کند. سیال عامل در لوله های گرمایی-حرارتی می‌تواند نیتروژن یا هیلیم برای دماهای پایین و یا لیتیم، پتاسیم و سدیم و بطور کلی فلزات مایع برای دماهای بالا باشد. برای دماهای میانی سیال‌های عامل مختلفی مثل آب یا متانول می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

باز گرداندن سیال چگالیده نشده از کندانسور به منطقه اواپراتور با تکیه بر عمل موئینگی توسط فیتیله یا ساختار مؤیین انجام می‌شود. ساختمان فیتیله می‌تواند از پشم شیشه بافته شده، پودر فلزات سفت شده، سیم‌های درگیر، شبکه ری، شیاری و یا بصورت صفحه‌ای فلزی و یا از موارد عایق ساخته شود.

هر کدام از اجزای یک لوله حرارتی از اهمیت یکسانی بر خوردارهستند و با توجه به نوع ماده، خواص ترموفیزیکی و سازگاری باید ملاحظات دقیقی روی آن ها صورت پذیرد. به عنوان مثال، جنس محفظه باید با سیال عامل و ساختار فیتیله سازگار باشد و در عین حال از استحکام کافی برخوردار باشد تا در برابر فشارهایی که تناسب با دمای اشباع سیال است مقاوم باشد. علاوه بر این، محفظه بایستی مقاوم در برابر اثرات خوردگی و درارای قابلیت تشکیل پذیری باشد.

محفظه یک لوله حرارتی که نیازهای اساسی آن را بعنوان یک بدنه فراهم می‌کند باید قابلیت خود را به صورت یک محفظه کاملا آب بندی نشده است، بدون سوراخ و بدون هر عیبی در سرتاسر بازه فشار کاری حفظ نماید؛ بنابراین وظیفه محفظه نگهداری سیال عامل و به نوعی جدا کردن آن از محیط بیرون است و باید در برابر سوراخ شدن و اختلاف فشاردر طول دیواره مقاوم باشد و علاوه بر آن توانایی انتقال حرارت از خود به سیال را با ضریب بالایی داشته باشد. موادی که در ساخت محفظه کاربرد دارند، آلیاژهای فلزات خاص مانند آلومینیوم، فولادهای ضد زنگ و مس می‌باشد. همچنین مواد کامپوزیت و ترکیبی نیز در ساخت محفظه کاربرد دارد. برای کاربردهای در دمای بالا مواد نسوز یا مواد با آسترهایی برای مقابله با خوردگی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سیال عامل سیال عامل در لوله حرارتی به عنوان واسطه اصلی حمل و نقل گرما، نقش ویژه‌ای در انتقال حرارت بر عهده دارد. اولین نکته در شناسایی یک سیال عامل مناسب، گستره دمای کاری بخار در لوله حرارتی است. ممکن است در یک بازه دمایی تقریبی چند سیال عامل وجود داشته باشد.

در موارد باید مشخصه‌های متفاوتی برای تعیین سیال‌های عامل قابل قبول مورد توجه قرار بگیرد.

خواسته‌های اولیه از یک سیال عامل مناسب بصورت زیر می‌باشد:

- سازگاری با فیتیله و جنس دیواره

- پایداری دمایی خوب

- رطوبت پذیری از فیتیله و ماده دیواره بدنه

- فشار بخار متناسب با گستره دمای کاری

- گرمای نهان بالا

- ضریب هدایت گرمایی بالا

- ویسکوزیته پایین مایع و بخار

- کشش سطحی بالا

همچنین انتخاب سیال عامل باید براساس ملاحظات ترمودینامیکی انجام شود.

در طراحی لوله حرارتی، بالا بودن کشش سطحی بسیار مورد توجه است چون سبب می‌شود که لوله حرارتی بر خلاف میدان جاذبه عمل کند و یک نیروی محرکه موئینگی رو به بالا ایجاد شود. همچنین گرمای نهان تبخیر بالا به این علت مورد توجه قرار می‌گیرد که مقدار زیادی گرما را با مقدار کمی جریان سیال انتقال داده و از این رو موجب افت فشار کمی در لوله حرارتی می‌شود.