Tương tự như các bộ trao đổi nhiệt ống lồng truyền thống, bộ trao đổi nhiệt ống chữ U cũng tuân theo nguyên lý trao đổi nhiệt gián tiếp: Hai chất lỏng ở nhiệt độ khác nhau chảy lần lượt trong ống (bên trong ống chữ U) và vỏ (bên trong vỏ, bên ngoài ống chữ U). Nhiệt được truyền từ chất lỏng có nhiệt độ cao sang chất lỏng có nhiệt độ thấp thông qua thành ống chữ U, đạt được các mục tiêu của quá trình như gia nhiệt, làm mát, ngưng tụ hoặc bay hơi.