Кожухотръбните топлообменници имат опростен дизайн, характеризират се със здравина и са с относително ниски разходи за покупка и поддръжка. Те също имат много висок коефициент на топлообмен, въпреки че изискват повече пространство от пластинчатите топлообменници със сравним капацитет на топлообмен.
Кожухотръбният топлообменник се състои от множество тръби, поставени в цилиндричен контейнер, известен като „кожух“. Всички тръби в кожуха се наричат заедно „тръбен сноп“ или „тръбно гнездо“. Всяка тръба преминава през поредица от прегради и тръбни листове (известни също като „тръбни стекове“). Един от тръбните листове е фиксиран, а другият може да се движи свободно, което позволява термично разширение, докато топлообменникът се нагрява. Всеки флуид има един вход и един изход. Флуидът в тръбите обикновено се избира този с по-високо налягане, тъй като всяка тръба може да действа като малък съд под налягане; също така е по-рентабилно да се произвеждат тръби за високо налягане, отколкото да се произвежда кожух за високо налягане.
Кожухотръбният топлообменник е разделен на две основни части, наричани кожух и тръбна страна. Всяка система има един течащ флуид. Турбулентният поток увеличава скоростта на топлообмен на топлообменника и също така намалява вероятността от натрупване на разтворени твърди частици по стените на тръбата и корпуса (турбулентният поток има ефект на самопочистване). Турбулентният поток в тръбите се създава чрез поставяне на тръбни вложки (известни също като „турбулатори“) във всяка от тръбите. Турбулентният поток в корпуса се създава от прегради, които се използват за пренасочване на водата през тръбите многократно, докато тя преминава през топлообменника.
