Penukar panas tabung tembaga shell and tube, sebagai jenis penukar panas shell and tube, memiliki struktur dasar berupa pemasangan banyak tabung tembaga kecil untuk pertukaran panas dalam shell melingkar. Desain ini memungkinkan fluida panas dan fluida dingin mengalir masing-masing dalam bundel dan cangkang tabung, dengan mengandalkan dinding tabung untuk menyelesaikan proses pertukaran dan perpindahan panas.
Biasanya fluida panas mengalir di dalam tabung, sedangkan fluida dingin mengalir di dalam cangkang di luar tabung, namun arah aliran spesifik perlu ditentukan sesuai dengan desain dan efek pertukaran panas yang diperlukan. Panas dipindahkan dari fluida panas ke fluida dingin melalui dinding tabung, membentuk gradien suhu. Untuk meningkatkan efisiensi pertukaran panas, sekat biasanya dipasang di dalam cangkang, yang dapat memaksa fluida dingin mengubah arah aliran beberapa kali di dalam cangkang, meningkatkan turbulensi, dan dengan demikian meningkatkan efisiensi perpindahan panas.
Karena ekspansi termal, bundel tabung dan cangkang mungkin memiliki tingkat ekspansi yang berbeda. Oleh karena itu, penukar panas jenis ini biasanya dirancang dengan sambungan ekspansi atau kepala mengambang untuk memungkinkan bundel tabung bergerak bebas selama ekspansi termal dan mengurangi dampak tekanan termal pada peralatan.