半导体加热管多为 PTC（正温度系数）半导体加热管，它依靠 PTC 半导体材料的电阻温度特性实现高效加热与自动控温，部分特殊类型还会结合结构设计强化加热效果，具体工作原理可分为三个核心阶段，同时搭配辅助结构保障稳定运行，详情如下：
1、初始快速加热阶段
PTC 半导体加热管的核心是钛酸钡等陶瓷制成的 PTC 半导体发热元件，这类材料低温时电阻值极低。当接通电源后，电流能顺畅通过发热元件，根据焦耳定律，电流流经电阻会产生大量热量。
而且像部分半导体陶瓷加热管，会将发热元件贴合在水管等待加热介质的载体外壁，增大导热接触面积，减少热量损耗，让热量快速传递给待加热的水、空气等介质，实现快速升温，部分型号甚至能 2 - 3 秒就输出热水。
2、温度上升后的功率自调阶段
随着加热持续，PTC 半导体材料的温度不断升高，其电阻值会随之逐步增大。依据欧姆定律，在电源电压稳定的情况下，电阻增大必然导致通过发热元件的电流减小。电流减小后，根据焦耳定律产生的热量也会相应减少，加热功率随之降低。这个过程是动态调整的，能避免温度无节制升高，初步实现温度调控，同时减少不必要的电能消耗。
3、稳定恒温与反向调整阶段
当温度升高到 PTC 材料的居里温度（即特性突变的临界温度）时，其电阻会出现急剧飙升的情况，此时电流会大幅下降至较低水平，加热功率趋近于稳定，加热器进入恒温状态。
例如无水状态下，加热器温度达到特定值后便恒温保持，此时基本无工作电流，几乎不消耗功率，反之，若外界环境温度降低，或者待加热介质带走大量热量，PTC 材料的温度下降，电阻值也会随之减小，电流重新增大，加热功率回升，再次为介质加热，以此循环维持温度稳定。
