自然循环的发生是有条件的，即便自然循环已经发生了，这些条件中的任意一个丧失掉的话，自然循环也会停止。

这些条件是：

（1）存在温差（有热源与热阱）；

（2）热源处在比热阱要低的位置；

（3）热源与热阱之间的流体是连续的。

首先要存在温差，才可能会有两部分流体，其中一部分的温度是高的，另一部分的温度是低的。温差是必要的，因为有了温差才能引起密度差，而密度差是驱动力。

温差要能够持续维持，否则自然循环将会停止。因此热源需要不断地向流体添加热量，而热阱需要不断地从流体排出热量。否则，冷热流体的温度会很快趋于一致，循环也就停止了。

其次，热源要位于较低的位置，而热阱位于较高的位置，这样才能让热流体可以浮升，而冷流体可以沉降。

当然，热区和冷区之间还必须被流体填满，这样流体才能够流动起来。

应用

游泳池式反应堆就是一个很好地利用自然循环冷却燃料棒的堆型。核电厂的乏燃料池也是利用自然循环冷却乏燃料的衰变余热的，此时热源是燃料棒，热阱是周围的水池。

燃料棒底部的水吸收了来自燃料棒释放的热量后，温度升高，密度降低。重力驱动下把周围的冷水推进燃料棒区域，而把热流体挤出去，形成自然循环。而热流体在流到燃料棒顶部后，和周围的冷水混合，降低了温度。这样水池的温度就会不断上升，为了能够把自然循环维持下去，必须用其他的换热器对水池里的水进行降温（热阱）。

一般来说，冷源和热源之间的温差越大，热驱动头就会越大，因此自然循环的流量也会越大。但是需要注意的是，要避免热流体沸腾，因为沸腾会引起相变使得循环有可能被中断。两相流的自然循环也是可能发生的，但是由于气液之间存在分离的可能性，因此比较难以维持。

在核电厂中，有些参数可以用来作为是否存在自然循环的判别依据。例如对于压水堆核电厂，以下参数可用于判断自然循环是否存在：

（1）冷却剂系统冷热腿的温差，应该是满功率温差的25%~80%，温差应该基本稳定或略有下降。这意味着堆芯的衰变热正在被不断地移出，堆芯的温度得到维持或降低。

（2）冷热腿的温差需要被维持或者略有下降。

（3）蒸汽发生器二次侧的压力应该跟随一回路的温度，这意味着蒸汽发生器可以从一回路移出热量。

为了确保一回路有足够的自然循环，需要把稳压器的水位维持在50%以上，并保持一回路有足够的欠热度（例如某核电厂要求欠热度大于8℃），蒸发器的水位保持在比正常水位高的状态，这样能够有足够的热阱，确保一回路的热量能够被移出，避免一回路发生沸腾。因为一旦发生沸腾，很容易让自然循环发生中断（美国三哩岛事故的教训）。