爐水在流動壓頭的推動下不斷循環(huán)，因爐水循環(huán)不依靠外力推動，故稱為自然循環(huán)。自然循環(huán)鍋爐中的汽包、下降管、下聯(lián)箱和水冷壁管組成了循環(huán)回路。鍋爐在冷態(tài)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(tài)下，水冷壁吸收爐膛火焰的輻射熱，產(chǎn)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(huán)回路高度A的乘積(r-Th)/I，稱為流動壓頭。

自然循環(huán)鍋爐的優(yōu)點是可以利用連續(xù)排污和定期排污來調(diào)整和保證爐水品質(zhì)，因而對給水品質(zhì)要求不太高。自然循環(huán)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(fā)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(huán)鍋爐相比，不需要在高溫條件下工作的循環(huán)水泵，因而工作較可靠。

自然循環(huán)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(huán)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(huán)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。