太陽能熱水器是由集熱部件（真空管式為真空集熱管，平板式為平板集熱器）、保溫水箱、支架、連接管道、控制部件等組成。
系統中的集熱元件。其功能相當于電熱水器中的電熱管。和電熱水器、燃氣熱水器不同的是，太陽能集熱器利用的是太陽的輻射熱量，故而加熱時間只能在太陽照射度達到一定值的時候。
目前中國市場上最常見的是全玻璃太陽能真空集熱管。結構分為外管、內管，在內管外壁鍍有選擇性吸收涂層。平板集熱器的集熱面板上鍍有黑鉻等吸熱膜，金屬管焊接在集熱板上，平板集熱器較真空管集熱器成本稍高，近幾年平板集熱器呈現上升趨勢，尤其在高層住宅的陽臺式太陽能熱水器方面有獨特優勢。全玻璃太陽能集熱真空管一般為高硼硅3.3特硬玻璃制造，選擇性吸熱膜采用真空濺射選擇性鍍膜工藝。
儲存熱水的容器。通過集熱管采集的熱水必須通過保溫水箱儲存，防止熱量損失。太陽能熱水器的容量是指熱水器中可以使用的水容量，不包括真空管中不能使用的容量。對承壓式太陽能熱水器，其容量指可發生熱交換的介質容量。
太陽能熱水器保溫水箱由內膽、保溫層、水箱外殼三部分組成。
水箱內膽是儲存熱水的重要部分，其所用材料強度和耐腐蝕性至關重要。市場上有不銹鋼、搪瓷等材質。保溫層保溫材料的好壞直接關系著保溫效果，在寒冷季節尤為重要。目前較好的保溫方式是聚氨脂整體發泡工藝保溫。外殼一般為彩鋼板、鍍鋁鋅板或不銹鋼板。
保溫水箱要求保溫效果好，耐腐蝕，水質清潔。
陽光穿過吸熱管的第一層玻璃照到第二層玻璃的黑色吸熱層上，將太陽光能的熱量吸收，由于兩層玻璃之間是真空隔熱的，熱量不能向外傳，只能傳給玻璃管里面的水，使玻璃管內的水加熱，加熱的水變輕沿著玻璃管受熱面往上進入保溫儲水桶，桶內溫度相對較低的水沿著玻璃管背光面進入玻璃管補充，如此不斷循環，使保溫儲水桶內的水不斷加熱，從而達到熱水的目的。
太陽能熱水器把太陽光能轉化為熱能，將水從低溫度加熱到高溫度，以滿足人們在生活、生產中的熱水使用。太陽能熱水器按結構形式分為真空管式太陽能熱水器和平板式太陽能熱水器，目前真空管式太陽能熱水器為主，占據國內95%的市場份額。真空管式家用太陽能熱水器是由集熱管、儲水箱及支架等相關附件組成，把太陽能轉換成熱能主要依靠集熱管。集熱管利用熱水上浮冷水下沉的原理，使水產生微循環而達到所需熱水。真空管工作原理圖：
一、吸熱過程
太陽輻射透過真空管的外管，被集熱鍍膜吸收后沿內管壁傳遞到管內的水。管內的水吸熱后溫度升高，比重減小而上升，形成一個向上的動力，構成一個熱虹吸系統。隨著熱水的不斷上移并儲存在儲水箱上部，同時溫度較低的水沿管的另一側不斷補充如此循環往復，最終整箱水都升高至一定的溫度。而平板式熱水器，一般為分體式熱水器，介質在集熱板內因熱虹吸自然循環，將太陽輻射在集熱板的熱量及時傳送到水箱內，水箱內通過熱交換（夾套或盤管）將熱量傳送給冷水。介質也可通過泵循環實現熱量傳遞。
二、循環管路
家用太陽能熱水器通常按自然循環方式工作，沒有外在的動力。真空管式太陽能熱水器為直插式結構，熱水通過重力作用提供動力。平板式太陽能熱水器通過自來水的壓力（稱為頂水）提供動力。而太陽能集中供熱系統均采用泵循環。由于太陽能熱水器集熱面積不大，考慮到熱能損失，一般不采用管道循環。
三、頂水式使用過程
平板式太陽能熱水器為頂水方式工作，真空管太陽能熱水器也可實行頂水工作的方式，水箱內可以采用夾套或盤管方式。頂水工作的優點是供水壓力為自來水壓力，比自然重力式壓力大，尤其是安裝高度不高時，其特點是使用過程中水溫先高后低，容易掌握，使用者容易適應，但是要求自來水保持供水能力。頂水工作方式的太陽能熱水器比重力式熱水器成本大，價格高。
