热水锅炉的工作原理与蒸汽锅炉相似，热水锅炉也由三个系统组成，即煤渣系统，烟风系统和水系统。它们的区别是，除汽水两用炉外，热水锅炉的水系统仅产生高温水，而不像蒸汽锅炉那样产生蒸汽。热水锅炉的三个系统组成一个不可分割的整体，在其中同时完成燃料的燃烧放热过程，热量传递过程和水的吸热升温过程，从而实现热能的转换，向外送出热水。
图型双锅筒横置式链条炉排热水锅炉，下面以之为例，介绍热水锅炉的主要部件及所构成的三大系统。
输煤机6将燃料送入给煤斗7中，给煤斗7下的链条炉排8不断地缓慢向前移动，煤从给煤斗7下落到炉排上，被带入到炉膛中着火燃烧；煤燃烧后剩下的灰渣，又随链条炉排的转动而掉下灰仓，经除渣机9从炉底排出，这就构成了热水锅炉的煤渣系统。
送风机10界吸入空气，经空气预热器5预热后送入炉内，提供燃烧所需的氧气。
燃料与空气混和燃烧产生的高温烟气，在引风机12作用下冲刷对流管束3和省煤器4，空气预热器，同时放出热量。放热后的低温烟气被除尘器11净化，经烟囱13入大气，这就构成了热水锅炉的烟风系统。
流经热用户后已降温的冷回水，经省煤器预热后送入锅炉。锅筒1水冷壁2，对流管束等组成锅水循环系统，锅水在此循环系统中循环流动，同时吸收燃料燃烧后释放的热量，升温至所需温度后从锅筒上的出水阀送出，流向热用户。这些构成热水锅炉的水系统。
锅炉运行时同时进行着三个工作过程。燃料在炉膛内与空气混合，与氧气发生化学反应，并放出热量，这是燃料的燃烧放热过程。它直接影响到锅炉的出力和热效率。燃料燃烧后产生的热量，通过水冷壁管、对流管束等受热面传递给锅水，这是热量传递过程。
热量先传递给受热面金属的外部，这在炉膛内主要以辐射的方式，而在对流管束和尾部烟道内则主要以对流方式进行。之后热量通过金属导热至内部，最后再传给锅水。热量传递过程也对锅炉的热效率有很大影响。水的吸热升温过程是锅水循环流动，吸收足够的热量后输出的过程。锅水良好的循环流动直接关系到锅炉的安全运行。
