Túi giữ nhiệt hoạt động dựa trên nguyên lý duy trì nhiệt bằng cách ngăn chặn sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài. Túi thường được làm bằng vật liệu cách nhiệt có độ dẫn nhiệt thấp, chẳng hạn như polyester, nilon hoặc cao su tổng hợp. Các vật liệu này có thể hạn chế sự truyền nhiệt thông qua bức xạ, dẫn nhiệt và đối lưu.

Khi túi được đóng kín, không khí bên trong túi được ngăn cách với môi trường bên ngoài. Không khí là chất cách nhiệt kém, do đó nó giúp ngăn chặn sự truyền nhiệt thông qua dẫn nhiệt và đối lưu. Đồng thời, vật liệu cách nhiệt của túi cũng ngăn chặn sự truyền nhiệt thông qua bức xạ. Do đó, nhiệt độ bên trong túi được duy trì ổn định, giúp giữ cho đồ vật bên trong ấm hoặc lạnh tùy thuộc vào mục đích sử dụng.

Một nguyên lý khác mà túi giữ nhiệt hoạt động dựa trên là phản xạ nhiệt. Một số loại túi giữ nhiệt có lớp vật liệu phản quang ở bên trong, giúp phản xạ nhiệt trở lại vào bên trong túi, thay vì để nhiệt thoát ra ngoài. Lớp phản quang này thường được làm bằng nhôm hoặc các vật liệu kim loại khác.

Khi nhiệt từ đồ vật bên trong túi truyền đến lớp phản quang, nó sẽ bị phản xạ trở lại vào bên trong túi, giúp giữ cho đồ vật ấm hơn. Điều này đặc biệt hữu ích đối với các loại túi giữ nhiệt được sử dụng để đựng thực phẩm hoặc đồ uống nóng.

Ngoài ra, một số loại túi giữ nhiệt còn sử dụng công nghệ cách nhiệt chân không. Túi cách nhiệt chân không có cấu trúc gồm hai lớp vật liệu cách nhiệt, với một khoảng chân không ở giữa. Khoảng chân không này giúp ngăn chặn sự truyền nhiệt thông qua dẫn nhiệt và đối lưu, đồng thời lớp vật liệu phản quang bên trong túi cũng giúp ngăn chặn sự truyền nhiệt thông qua bức xạ.

Túi giữ nhiệt chân không có khả năng giữ nhiệt rất tốt, có thể giữ cho đồ vật bên trong ấm hoặc lạnh trong thời gian dài. Loại túi này thường được sử dụng để đựng thực phẩm hoặc đồ uống cần giữ nhiệt trong thời gian dài, chẳng hạn như khi đi du lịch, cắm trại hoặc dã ngoại.