קרני-השמש פוגעות במשטח-פח גדול, צבוע שחור (ה'קולט'), בו נקלטת רוב הקרינה והופכת לחום. הקולט מכוסה זכוכית, וזו מונעת מן החום 'לברוח'. למשטח-הפח מולחמים צינורות, בהם עוברים מים רגילים. המים מתחממים, הם נעשים קלים יותר, וכך המים החמים עולים בצינור ומתקבצים במיכל (דוד) הניצב גבוה מן הקולט. שם הם ממתינים עד שנפתח את הברז ונשתמש בהם.

הדגמה יפה לפעולתו של דוד השמש, ניתן לראות בגן המדע במכון ויצמן (ראה תמונה):

במתקן זה ניתן למדוד את טמפרטורת המים בתחתית הדוד, לעומת טמפרטורת המים בחלקו העליון של הדוד.

בנוסף, ניתן לחוש (במגע יד) כיצד המשטח השחור (בצורת יד) מתחמם בשמש הרבה יותר מהמשטח הלבן.

בדוד שמש ביתי קיימים עוד מספר רכיבים:

הדוד מצופה שכבת-בידוד, המבטיחה שהמים יישארו חמים, גם שעות רבות לאחר שהשמש הספיקה לשקוע.

ברוב דודי השמש מותקן גם מתקן לחימום בחשמל, משתי סיבות: קורה שיש צריכה חריגה של מים חמים (למשל ביום-כביסה או כשבאים לפתע אורחים רבים); ייתכן גם שימים מסוימים בחורף, קרינת-השמש חלשה יחסית, ואז אין בכוחה לחמם את המים כראוי.