自然循環的發生是有條件的，即便自然循環已經發生了，這些條件中的任意一個喪失掉的話，自然循環也會停止。這些條件是：
（1）存在溫差（有熱源與熱阱）；
（2）熱源處在比熱阱要低的位置；
（3）熱源與熱阱之間的流體是連續的。
首先要存在溫差，才可能會有兩部分流體，其中一部分的溫度是高的，另一部分的溫度是低的。溫差是必要的，因為有了溫差才能引起密度差，而密度差是驅動力。
溫差要能夠持續維持，否則自然循環將會停止。因此熱源需要不斷地向流體添加熱量，而熱阱需要不斷地從流體排出熱量。否則，冷熱流體的溫度會很快趨於一致，循環也就停止了。
其次，熱源要位於較低的位置，而熱阱位於較高的位置，這樣才能讓熱流體可以浮升，而冷流體可以沉降。
當然，熱區和冷區之間還必須被流體填滿，這樣流體才能夠流動起來。
游泳池式反應堆就是一個很好地利用自然循環冷卻燃料棒的堆型。核電廠的乏燃料池也是利用自然循環冷卻乏燃料的衰變餘熱的，此時熱源是燃料棒，熱阱是周圍的水池。
燃料棒底部的水吸收了來自燃料棒釋放的熱量後，溫度升高，密度降低。重力驅動下把周圍的冷水推進燃料棒區域，而把熱流體擠出去，形成自然循環。而熱流體在流到燃料棒頂部後，和周圍的冷水混合，降低了溫度。這樣水池的溫度就會不斷上升，為了能夠把自然循環維持下去，必須用其他的換熱器對水池裡的水進行降溫（熱阱）。
一般來說，冷源和熱源之間的溫差越大，熱驅動頭就會越大，因此自然循環的流量也會越大。但是需要注意的是，要避免熱流體沸騰，因為沸騰會引起相變使得循環有可能被中斷。兩相流的自然循環也是可能發生的，但是由於氣液之間存在分離的可能性，因此比較難以維持。
在核電廠中，有些參數可以用來作為是否存在自然循環的判別依據。例如對於壓水堆核電廠，以下參數可用於判斷自然循環是否存在：
（1）冷卻劑系統冷熱腿的溫差，應該是滿功率溫差的25%~80%，溫差應該基本穩定或略有下降。這意味著堆芯的衰變熱正在被不斷地移出，堆芯的溫度得到維持或降低。
（2）冷熱腿的溫差需要被維持或者略有下降。
（3）蒸汽發生器二次側的壓力應該跟隨一迴路的溫度，這意味著蒸汽發生器可以從一迴路移出熱量。
為了確保一迴路有足夠的自然循環，需要把穩壓器的水位維持在50%以上，並保持一迴路有足夠的欠熱度（例如某核電廠要求欠熱度大於8℃），蒸發器的水位保持在比正常水位高的狀態，這樣能夠有足夠的熱阱，確保一迴路的熱量能夠被移出，避免一迴路發生沸騰。因為一旦發生沸騰，很容易讓自然循環發生中斷（美國三哩島事故的教訓）。
