真空熱水ユニットの内部は真空抽気後に真空チャンバを形成し、
ボイラ起動後、燃料燃焼により発生した熱は受熱面内の熱媒水に伝達され、熱媒水を炉内負圧状態で負圧蒸気に蒸発させる、
負圧蒸気上昇と真空室内の熱交換器で相転移熱を行った後、凝縮水となって熱媒水に還流する、水蒸気が凝縮した後に水滴を形成して熱媒水に戻り、再び加熱されて気化され、新しい循環過程が始まった。
真空熱水ボイラの炉体は上下2つの部分に分かれており、その中の下半分の構造は中心再燃焼式釜殻蒸気ボイラ、すなわち炉胆と煙道からなる受熱面に類似している、一方、上半分は真空室（負圧蒸気室）であり、その空間内には管式蒸気−水熱交換器が設置され、熱交換器を流れる循環水を加熱するために用いられる。
運転原理：真空熱水ボイラーの運転時、真空負圧下で炉体内の熱媒水は燃料燃焼により放出された熱エネルギーを吸収し、沸騰気化して低温蒸気になり、低温蒸気の上昇はステンレス熱交換器中のシステム循環水に出会い、加熱循環水はユーザーに暖房または衛生熱水に送る。水蒸気自体が冷却凝縮されて水滴が熱媒水面に落下した後、再び加熱され、循環過程全体が完成した。熱媒水は絶えず閉鎖された機体内で沸騰==蒸発==凝縮==熱媒水の循環を行っているため、凝縮水を補充する必要はなく、空焚きの危険もない。
真空熱水ボイラーが利用するサイダー凝縮熱交換は、すべての熱交換状況の中で、サイダー凝縮熱交換熱伝熱係数が最も高い。