气体的热传导分为三种方式：分子热传导（气体分子碰撞传递热量）、热辐射（灯丝向周围辐射热量）、固体热传导（灯丝通过引线向支架传递热量）。在皮拉尼真空计的测量范围（10⁻¹～10⁻⁴ Pa）内：
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固体热传导和热辐射的热量损失基本固定（与压强无关）；
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分子热传导的热量损失与压强近似成正比（压强越高，气体分子越密集，碰撞灯丝带走的热量越多）。
皮拉尼真空计的灯丝（通常为铂丝、钨丝）既是加热元件，也是温度敏感元件（电阻随温度变化），电路通过两种模式维持灯丝温度稳定，并检测功耗变化：
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向灯丝通入恒定电流，灯丝发热后，热量通过气体分子传导、辐射、固体传导三种途径散失；
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当环境压强降低时，分子热传导减弱，灯丝散热减少，温度升高，电阻增大；
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通过测量灯丝的电阻变化（间接反映温度变化），推算压强（电阻与压强呈对应关系）。
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通过反馈电路调节灯丝电流，使灯丝温度始终保持恒定（与环境温度的差值固定）；
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当压强降低时，分子热传导减弱，灯丝所需的加热电流减小（维持温度所需功耗降低）；
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直接测量灯丝的电流（或功耗）变化，与校准曲线对比，输出压强值（电流与压强呈线性关系，校准更简单）。