爐水在流動壓頭的推動下不斷循環，因爐水循環不依靠外力推動，故稱為自然循環。自然循環鍋爐中的汽包、下降管、下聯箱和水冷壁管組成了循環回路。鍋爐在冷態下，下降管中的水和水冷壁中水的溫度是相同的，兩者的重度是相等的，因此，爐水不會流動。在運行狀態下，水冷壁吸收爐膛火焰的輻射熱，產生一部分蒸汽。水冷壁管中汽水混合物的重度K比爐膛外不受熱的下降管中水的重度r小，兩者的重度差與循環回路高度A的乘積(r-Th)/I，稱為流動壓頭。

自然循環鍋爐的優點是可以利用連續排污和定期排污來調整和保證爐水品質，因而對給水品質要求不太高。自然循環鍋爐的水容積和蓄熱能力較大，對自動化控制水平要求較低。由于蒸發受熱面的流動阻力不需要給水泵來克服，因而給水泵的耗電量較少。與強制循環鍋爐相比，不需要在高溫條件下工作的循環水泵，因而工作較可靠。

自然循環鍋爐的流動壓頭很小，給水冷壁管的布置帶來一定的困難。為了降低循環回路的阻力，水冷壁管和下降管的直徑較大，管壁較厚，并需要汽包，使得鋼材的使用量較大。自然循環鍋爐因為有壁很厚的汽包，所以鍋爐的啟動時間很長，中壓鍋爐需3?4h,高壓鍋爐需4?5h，超高壓鍋爐需6~7h。