自然循环系统（见图）是原始的太阳能热水器热水工程运行方式，在太阳能热水器技术开发初期应用极为广泛，目前在大型太阳能热水器热力工程中已经被摈弃。
运行原理：在太阳光照条件下，太阳能热水器真空管吸热加热管内的水，但与储热水箱内的水温相比，水温差距较大。因此太阳能热水器集热器内水的体积质量减小变轻，开始慢慢上升到高位的储热水箱中，而储热水箱内的水由于温度低，因此体积质量增大变重，水自然流回处于较低位的太阳能热水器集热器内。如此不断地循环，使储热水箱内的水温逐渐升高，但这是一个缓慢的过程。储热水箱内的水位通常采用机械浮球控制。
优点：运行方式简单，投资小，设备维护费用少，适合单机太阳能热水器热水器。
缺点：储热水箱必须要高于太阳能热水器集热器，而且高度差要大，通常1m~2m。储热水箱内的水升温比较缓慢，而且对管道和坡度都有严格的要求，不宜做成较大（30m2以内）的太阳能热水器热水工程。
