O sistema primário é constituído por uma caldeira, bomba(s), tubagem, tanque de armazenamento, tanque de expansão, eventualmente um permutador de calor, etc., instalados como um circuito, naturalmente equipado com as unidades de proteção de pressão e temperatura necessárias. A caldeira aquece o óleo térmico e a bomba faz circular o óleo no circuito primário.
Os sistemas de óleo térmico podem ser equipados com os chamados economizadores. Trata-se de unidades instaladas no sistema de gases de escape da caldeira que podem melhorar a eficiência em alguns pontos percentuais.
Nos circuitos secundários — aquelas partes do sistema térmico ligadas aos utilizadores (como um vaso de pressão do reactor, um túnel de secagem, etc.) — o calor necessário será libertado através de válvulas controladas. O óleo arrefecido é bombeado de volta para o circuito primário para ser reaquecido pela caldeira.
Deve ficar claro que a capacidade da caldeira de aquecimento depende do tamanho dos circuitos secundários e do calor necessário em cada circuito. Nos sistemas de óleo térmico, todos os circuitos estão protegidos contra sobrepressão, temperaturas excessivas e/ou baixas, e o fluxo é constantemente monitorizado. Em caso de avaria da bomba, a caldeira é desligada automaticamente para evitar o sobreaquecimento e/ou a combustão do óleo térmico.
A grande maioria dos sistemas de óleo térmico até 350 °C são praticamente isentos de pressão e operam na fase líquida do óleo térmico. A temperaturas acima dos 350 °C, a pressão pode chegar aos 10 bar. Os sistemas de óleo térmico que operam a cerca de 400 °C podem funcionar tanto na fase gasosa como na fase líquida do fluido térmico, dependendo das necessidades do cliente.
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