No sistema de termossifão, o fluído térmico aquece no colector e torna-se menos denso subindo do colector para o depósito por efeito termodinâmico. Entretanto, o fluído térmico dentro do depósito arrefece e desce para o colector novamente, estabelecendo um ciclo. A regulação do caudal está relacionada com o nível de irradiação. O depósito está sempre localizado acima do colector.

Neste sistema, deve-se prever o risco de circulação inversa durante a noite em locais de grande variação térmica. Uma forma de evitar este fenómeno consiste na colocação do depósito a uma distância de 30 cm, e a instalação de uma válvula anti-retorno evitando assim que a circulação inversa aconteça.

Estes sistemas (tal como o circulação forçada), podem ser caracterizados por directos e indirectos.

Os directos são assim apelidados pelo facto da água de consumo ser aquecida directamente nos colectores. Têm uma eficiência de permuta térmica = 1, são económicos e fáceis de instalar. Por não usarem fluído anti-congelante existe o perigo de congelação da água dos colectores causando o seu rebentamento. Também desvantajoso o facto de que reúnem as condições ideais para a ocorrência de corrosão.

Os indirectos possuem dois circuitos e a água de consumo não circula nos colectores solares. No circuito primário existe um fluído anti-congelante e anti-corrosivo (Glicol) que circula nos colectores e depósito em circuito fechado. Estes têm a vantagem de prevenirem o congelamento e têm uma pressão inferior à da rede. No entanto têm uma eficiência de permuta inferior a 1, para além de serem mais caros e exigirem uma instalação mais cuidada.