飽和蒸汽從鍋爐的汽包或者蒸汽分配集箱進入過熱器。在過熱器的管內，蒸汽沿著管子流動。
煙氣在過熱器管外流動，將熱量傳遞給過熱器管壁。對于對流過熱器，主要是通過煙氣與管壁之間的對流換熱；對于輻射過熱器，主要是通過爐膛內高溫火焰和煙氣的輻射換熱。
過熱器管壁將熱量傳遞給管內的蒸汽，使蒸汽的溫度升高。隨著熱量的不斷傳遞，蒸汽的溫度逐漸超過其壓力對應的飽和溫度，成為過熱蒸汽。
過熱后的蒸汽從過熱器出口流出，被輸送到汽輪機等用汽設備。在整個過程中，過熱器的管壁溫度、煙氣溫度和蒸汽溫度等參數需要通過各種監(jiān)測手段進行控制，以保證過熱器的安全運行和蒸汽的品質。