加熱爐工作時，燃料油和燃料氣經油-氣聯合燃燒器被霧化后噴入爐內，與空氣均勻混合后在爐膛內基本完全燃燒。產生的火焰及高溫煙氣約1000~1500℃，主要以輻射傳熱的形式將大部分熱量傳遞給輻射爐管內流動的原料油。煙氣溫度降至800℃左右后由下而上經輻射室進入對流室在對流室，高溫煙氣主要以對流傳熱的方式將熱量傳遞給管內流動的原料油。煙氣溫度降至200～300℃后經煙囪排出。
被加熱的原料油由上而下，先進入對流爐管，再進入輻射管。管內原料油與管外高溫煙氣逆向流動，通過管壁不斷吸收熱量，至爐出口處，達到生產工藝所要求的溫度。
燃料燃燒產生的火焰不允許舔到爐管上，以防爐管被燒壞。所以，輻射室應有足夠的體積。由于爐墻有良好的隔熱性能，熱量散失得很少，爐墻吸收煙氣、火焰放出的熱量溫度升高，然后又把熱量反射回來，其中的一部分被爐管所吸收，提高了爐管的吸熱能力。爐墻反射熱量的現象，稱為爐墻的再輻射。因爐墻的溫度遠低于火焰的溫度，再輻射的熱量在加熱爐總熱量中所占比例并不大。
燃料燃燒的好壞與燃料種類、空氣量及二者的混合狀況、燃燒器的結構及性能等因素有關。
為提高管式爐的傳熱效率，在使用釘頭管或翅片管的對流室，還裝有吹灰器，用蒸汽吹掉爐管表面的灰垢，保持爐管表面的潔凈，提高傳熱效果。
為減少煙氣帶走的熱量損失，常用空氣預熱器回收煙氣中的余熱，一般，排煙溫度每降低17—20℃，加熱爐熱效率可提高1％左右。空氣溫度可被加熱至300℃左右。
加熱爐工作時，必須不斷地將燃燒產生的煙氣排到爐外，同時將新鮮空氣引入爐內。當爐內煙氣流動阻力不大時，一般采用自然通風方式。當爐子結構復雜或裝有空氣預熱器，煙氣流動阻力較大時，則使用風機進行強制通風。
