Eenvoudig uitgelegd zal een petroleumkachel de ruimte gaan verwarmen door de verbranding van kerosine of petroleum. Het principe steunt dan ook op de aanwezigheid van een vlam die deel uitmaakt van een cilindervormige lont of kous. De onderzijde van deze lont zit ondergedompeld in een bad van petroleum.
In de meeste gevallen is de petroleumkachel uitgerust met een ingebouwd brandstofreservoir waardoor de verbrandingsproducten vrijwel meteen en geheel automatisch in de te verwarmen ruimte worden geloosd. Daarom wordt een petroleumkachel vaak gebruikt als bijverwarming of noodverwarming. In bepaalde landen zoals bijvoorbeeld Japan waar er geen sprake is van een aardgasnet, kan een petroleumkachel ook als hoofdverwarming worden ingezet.