על ידי הפרדת נוזלים חמים וקרים דרך דופן מוצק, העברת חום עוברת ברצף שלושה שלבים: העברת חום בהסעה בנוזל החם, העברת חום בהולכה דרך הקיר המוצק והעברת חום בהסעה בנוזל הקר. במחליף החום העקיף הנפוץ ביותר, הולכה והסעה הן שיטות העברת החום העיקריות. הנוזל החם מעביר תחילה חום לצד אחד של דופן הצינור באמצעות הסעה, לאחר מכן מוליך חום מצד אחד של דופן הצינור לצד השני, ולבסוף, הצד השני של דופן הצינור מעביר חום לנוזל הקר באמצעות הסעה, ובכך משלים את תהליך העברת החום. עיקרון זה מבטיח שהנוזלים לא יבואו במגע ישיר במהלך הפעולה, מונע זיהום- צולב והופך אותו למתאים ליישומים תעשייתיים הדורשים טוהר נוזלים גבוה.
מחליפי חום הלוחות מורכבים משתי לוחות מרותכים שנוצרו באמצעות תהליך לחיצה-. משולבים ערוצים פנימיים לזרימת מדיה חמה וקרה, והלוחות מסודרים ליצירת לולאות שונות לחילופי חום. מחליפי חום של מעטפת-ו-צינורות, לעומת זאת, מפרידים את הנוזלים החמים והקרים דרך קיר מוצק, כאשר חילופי חום מושגים דרך העברת-לקיר-.
ככל שמהירות הזרימה של המדיום בתוך מחליף החום גבוהה יותר, כך מקדם העברת החום שלו גדול יותר. לכן, הגדלת קצב הזרימה של המדיום במחליף החום יכולה לשפר מאוד את אפקט חילופי החום. עם זאת, ההשפעה השלילית של הגדלת קצב הזרימה היא שהיא מגבירה את ירידת הלחץ דרך מחליף החום ומגבירה את צריכת האנרגיה של המשאבה. לכן, חייב להיות טווח מתאים.
