敏感元件為熱絲，如鎢絲、鉑絲、錸絲，并由熱絲組成電橋。在通過恒定電流以后，鎢絲溫度升高，其熱量經四周的載氣分子傳遞至池壁。當被測組分與載氣一起進入熱導池時，由于混合氣的熱導率與純載氣不同（通常是低于載氣的熱導率），鎢絲傳向池壁的熱量也發生變化，致使鎢絲溫度發生改變，其電阻也隨之改變，進而使電橋輸出端產生不平衡電位而作為信號輸出。
近年來，盡管在許多方面它已被更靈敏更專屬性的各種檢測器所取代，但是由于它具有結構簡單，性能穩定，靈敏度適宜，線性范圍寬，對各種能作色譜的物質都有響應，最適合作微量分析（ppm級）。在分析測試在中，熱導檢測器不僅用于分析有機污染物，而且用于分析一些用其他檢測器無法檢測的無機氣體，如氫、氧、氮、一氧化碳、二氧化碳等。