常用的散热片材质是铜和铝合金，二者各有其优缺点。铜的导热性好，但价格较贵，加工难度较高，重量过大（很多纯铜散热器都超过了CPU对重量的限制），热容量较小，而且容易氧化。而纯铝太软，不能直接使用，都是使用的铝合金才能提供足够的硬度，铝合金的优点是价格低廉，重量轻，但导热性比铜就要差很多。有些散热器就各取所长，在铝合金散热器底座上嵌入一片铜板。 对于普通用户而言，用铝材散热片已经足以达到散热需求了。
实际上，任何类型的散热器基本上都会同时使用以上三种热传递方式，只是侧不同罢了。比如普通的CPU散热器，CPU散热片与CPU表面直接接触，CPU表面的热量通过热传导传递给CPU散热片；散热风扇产生气流通过热对流将CPU散热片表面的热量带走；而机箱内空气的流动也是通过热对流将 CPU 散热片周围空气的热量带走，直到机箱外；同时所有温度高的部分会对周围温度低的部分发生热辐射。
当热量传到散热器的顶部后，就需要尽快地将传来的热量散发到周边环境中去，对风冷散热器而言就是要与周围的空气进行热交换。这时，热量是在两种不同介质间传递，所依循的公式为Q=α X A X ΔT，其中ΔT为两种介质间的温差，即散热器与周围环境空气的温度差；而α为流体的导热系数，在散热片材质和空气成分确定后，它就是一个固定值；其中重要的A是散热片和空气的接触面积，在其他条件不变的前提下，如散热器的体积一般都会有所限制，机箱内的空间有限，过大会加大安装的难度，而通过改变散热器的形状，增大其与空气的接触面积，增加热交换面积，是提高散热效率的有效手段。要实现这一点，一般通过用鳍片式设计辅以表面粗糙化或螺纹等办法来增大表面积。
