炉水在流动压头的推动下不断循环，因炉水循环不依靠外力推动，故称为自然循环。自然循环锅炉中的汽包、下降管、下联箱和水冷壁管组成了循环回路。锅炉在冷态下，下降管中的水和水冷壁中水的温度是相同的，两者的重度是相等的，因此，炉水不会流动。在运行状态下，水冷壁吸收炉膛火焰的辐射热，产生一部分蒸汽。水冷壁管中汽水混合物的重度K比炉膛外不受热的下降管中水的重度r小，两者的重度差与循环回路高度A的乘积(r-Th)/I，称为流动压头。

自然循环锅炉的优点是可以利用连续排污和定期排污来调整和保证炉水品质，因而对给水品质要求不太高。自然循环锅炉的水容积和蓄热能力较大，对自动化控制水平要求较低。由于蒸发受热面的流动阻力不需要给水泵来克服，因而给水泵的耗电量较少。与强制循环锅炉相比，不需要在高温条件下工作的循环水泵，因而工作较可靠。

自然循环锅炉的流动压头很小，给水冷壁管的布置带来一定的困难。为了降低循环回路的阻力，水冷壁管和下降管的直径较大，管壁较厚，并需要汽包，使得钢材的使用量较大。自然循环锅炉因为有壁很厚的汽包，所以锅炉的启动时间很长，中压锅炉需3〜4h,高压锅炉需4〜5h，超高压锅炉需6~7h。