図は、ベイパーチャンバーの構造を模式的に示したものです。ベイパーチャンバーは2次元放熱であるため、サイズが大きく、パターンも多く、90mm×90 mm程度のものが一般的です。
ベイパーチャンバーは内壁にマイクロ構造を有する真空腔体であり、熱が熱源から蒸発区に伝導する時、腔体の中の稼動流体は低真空度の環境の中に液相気化の現象が起こります。この時、稼動流体は熱エネルギーを吸収して且つ体積が迅速に膨張し、気相の稼動流体は快速に腔体全体を充満させます。気相稼動流体が比較的冷たい区域に接触する時に凝結の現象が起き、凝結の現象によって蒸発時に累積する熱を放出します。凝結後の液相稼動流体はマイクロ構造の毛細現象によって蒸発熱源に戻り、前記稼動は腔体の内周で繰り返されます。これがベイパーチャンバーの稼動方式です。また、作動流体が蒸発する時にマイクロ構造は毛細力を生成するため、ベイパーチャンバーの運行は重力の影響を受けなくてもよく、ベイパーチャンバーの理論はヒートパイプと同じだが、ヒートパイプの一次元熱伝導はベイパーチャンバーの二次元熱伝導へと変化します。よって理論上、ベイパーチャンバーの熱伝導能力はヒートパイプより遥かに大きいのです。