隨著鍋爐用水造成鍋爐氧腐蝕的現象被人們發現以后，鍋爐用水進行除氧已經列入重點。針對這一現象，各種除氧方法逐漸被人們所采用。但是，這些新型的除氧方法還是無法滿足大型蒸汽鍋爐的運行條件。熱力除氧器的原理是根據氣體溶解定律（道爾頓和亨利定律）：任何氣體在水中的溶解度與此氣體在汽水分界面上的分壓力成正比。在敞開設備中水溫升高時，汽水分界面上水蒸氣分壓增大，各種氣體的分壓降低，在水中的溶解度將下降。當水溫達到沸點時，汽水界面上的水蒸氣壓力和外界壓力相等，其他氣體的分壓降低到零，各種氣體均不能溶解于水中，原來溶解在水中的各種氣體將解析出來。因此熱力除氧器不僅能除氧，還能除去水中的CO2等氣體。
熱力除氧器利用氧氣在水中的溶解性的特性，通過蒸汽對鍋爐補給水進行加熱，根據亨利定律和道爾頓定律，溶解于水中的氧氣和二氧化碳等非冷凝性氣體自水中析出，在通過除氧頭頂部的排氣口排放出去，從而達到除氧的目的。