饮水鸟原理是一种遵守热力学定律的典型热机，它之所以能不停地点头喝水，是因为它利用了一些复杂的物理学原理。饮水鸟的头和躯体分别为两个薄壁玻璃球（ 以下简称“上球”和“ 下球”），其间以一根玻璃管连通，内装乙醚液体，构成一个密闭容器。由于乙醚液体易挥发，因此液面上方充满乙醚的饱和气。鸟头四周包有一层易吸水的布。平时，鸟身略向前倾。启动时给鸟头滴少许水，布上的水在蒸发时大量吸热，使上球内的乙醚饱和气在降温的同时降压，又因为温度降低乙醚蒸汽变得过饱和了，有少量乙醚蒸汽凝结成液体，乙醚蒸汽的量变少，气体体积进一步缩小，并放热阻止温度降低，此时下球中的饱和气压大于上球中的气压，下球中的乙醚液体沿玻璃管往上压，下球压强变小，里面的蒸汽变的不饱和，少量乙醚气化，下球里的乙醚蒸汽的量变大，同时从乙醚液体吸热，于是整个鸟的重心上移，从而打破了支点的平衡状态。鸟身随上升的乙醚液体逐渐前倾，当鸟嘴接触液面时，上下球刚好通过玻璃管连通，下球中的部分气体进入上球，两部分气体混合，当上、下球中压强一致时，失去气体压力支持的液体将在自身重力的作用下倒流回下球，饮水鸟的重心再次下移，于是渐渐直立起来，回到初始状态。由于喝水时，鸟嘴接触水面，沾湿了裹鸟头的布，于是它又开始喝水。饮水鸟内部变化的原理与超导体热管一样，通过气化液化传递热能，实际蒸汽的温度并无大的变化。