医学家们发现，人体正常组织在体温升高的情况下，血管扩张，血流加速，散热较快。由于机体的这种调节作用，保证了在体温升高时，甚至在体温达到41.5～43℃时，组织损伤不大，且能够修复。然而肿瘤组织则不然，肿瘤内血管形态异常，杂乱扭曲、易受压变形，形成血栓或栓塞。加之肿瘤内的血管多由单层细胞组成，脆弱易破。由于这些新生血管是发育不全的畸形血管，在受热后失去自我调节作用，静脉也不能加快回流，肿瘤局部血液淤滞，血流量仅为正常组织的1%～15%，致使肿瘤组织散热困难，温度升高。恶性肿瘤组织的温度往往高于邻近正常组织温度8～10℃。同样进行局部加热，若正常组织温度升高到40℃，那么瘤体内的温度则可升高到48°C左右，这一温度足可使肿瘤细胞受热致死，而正常组织却不受损害。一般来讲，肿瘤越大血流量就越低，热疗效果也就越好。大量的实验和临床试验证明，肿瘤细胞在39℃一40℃时，其活性受到抑制，又增加凋亡的趋势；在40℃～42℃时，肿瘤细胞会严重受损，并可在较短的时间内死亡。肿瘤热疗仪使用了微波偶极子透镜天线的工作原理，将辐射源的弱方向性电磁波聚集为锐方向性电磁波束，使入射的微波功率密度增加，对微波进行聚束，使治疗时微波的有效加温深度增加，能在较短的时间内将体温升至有效治疗温度，当辐射器照射在含有肿瘤组织的位置上，正常组织温度达到41℃-43℃并维持一定时间，由于正常组织和肿瘤组织在血管结构及微循环存在差别，加热时肿瘤组织温度要高于周围正常组织3~7℃.，因此在对肿瘤细胞进行杀灭的同时，并不会对肿瘤周围的正常组织造成损伤，从而实现了无损伤、无副作用，无痛治疗肿瘤的目的。肿瘤热疗仪就是依据这一原理而诞生的。
