Füllt man Wasser in den Tank, läuft es durch ein im Zulaufschlauch eingebautes Rückschlagventil in ein beheizbares Rohr. Der Hauptschalter der Maschine aktiviert die Rohrheizung. Das Wasser erhitzt sich, bis sich Dampfblasen bilden, und es baut sich Druck auf, wodurch das Rückschlagventil schließt. Das heiße Wasser steigt durch ein Rohr nach oben in ein weiteres, meist schwenkbares Rohr, das über dem Filter endet. Der Druck im Heizrohr sinkt, bis das Rückschlagventil öffnet, und neues Wasser läuft in die Heizung. Sobald sich darin erneut Dampfblasen bilden, schließt das Ventil und das Wasser wird durch den Dampfdruck wieder in das Steigrohr gedrückt. Dieses Verfahren wird als Mammutpumpe bezeichnet.
Ist alles Wasser verkocht, steigt die Temperatur des Heizrohrs bis auf etwa 130 bis 150 °C; bei dieser Temperatur schaltet ein Temperaturschalter die Rohrheizung entweder ganz ab oder regelt bei Kaffeemaschinen mit Warmhaltefunktion, bei denen das Heizrohr direkt unter der Warmhalteplatte sitzt, nun die Temperatur der Platte durch zyklisches Ein- und Ausschalten, bis die Maschine von Hand abgeschaltet wird.
Zusätzlich sorgt eine Temperatursicherung dafür, dass bei einem Defekt keine Überhitzung auftreten kann. Sie spricht bei etwa 180 °C an.
Kaffeemaschinen benötigen zum Erhitzen des Wassers mehr Elektroenergie als Wasserkocher, da mit dem Dampf immer eine gewisse Energiemenge entweicht. Hinzu kommt die Warmhalteleistung nach Fertigstellung des Kaffees.
