Els processos bàsics naturals que s'usen en l'escalfament solar són els fluxos tèrmics d'energia associats a la radiació, la conducció i la convecció. Quan la llum solar brilla sobre un captador solar, aquest absorbeix la major part de la radiació solar. Aquesta reacció bàsica a la calor solar influeix en el disseny del captador solar, en el material i en la seva ubicació final per subministrar aigua calenta a una llar.
La calor circula d'un element càlid a un de fred per radiació, conducció o convecció. La llum solar impacta en el captador de làmina plana per radiació. Al mateix temps, la capa d'aire entre el captador i la seva tapa de vidre ho fa per convecció mentre que la calor és transferida a través de la canonada de coure fins a l'aigua per conducció.
Un tipus menys habitual de captador es basa en l'ús de dos tubs concèntrics. El tub més exterior està al buit i s'usa un mirall de plata semicircular per concentrar la llum del sol que cau a la superfície. Està encarat al tub absorbidor que conté el líquid solar. Per evitar que es congeli a l'hivern, l'aigua es barreja amb una quantitat d'anticongelant. Aquesta solució no es pot aplicar directament, de manera que la seva calor s'ha de transferir a la reserva d'aigua calenta per una espiral de la cisterna d'aigua calenta.