Fluxul de căldură se referă la fluxul de energie termică. Uneori numit flux termic, este debitul calculat de energie termică pe o suprafață specificată, pe măsură ce curge dintr-un loc în altul. Ca și alte forme de energie, căldura circulă prin conducție și convecție în direcția scăderii energiei potențiale — temperatura în cazul energiei termice.
Când oamenii de știință măsoară fluxul de căldură, ei mai întâi eșantionează temperatura în două locații între care este transferată energia termică. Căldura, ca toate formele de energie, curge de la un potențial ridicat la cel scăzut – de la temperatură ridicată la temperatură scăzută. Cu cât atomii sau moleculele unui mediu se mișcă și vibrează mai repede, cu atât temperatura acelui mediu este mai mare și presiunea forțând curgerea către zone cu mai puțină mișcare și mai puțină presiune. Fluxul de căldură, ca răspuns la diferențele de temperatură în timp, echilibrează temperatura și se apropie de o stare în care temperaturile încetează să varieze, iar căldura încetează să curgă – o stare cunoscută sub numele de echilibru termic.
Având în vedere un volum suficient de mare de fluid, cum ar fi un lichid sau un gaz, fluxul de căldură are loc mai ales prin convecție, prin difuzia atomilor și moleculelor. Căldura curge din volumele în care particulele se mișcă rapid către volumele în care particulele se mișcă lent. Particulele fluide se deplasează în regiunile reci unde există mai mult spațiu între particulele care se mișcă mai încet. Deoarece atomii nu se pot mișca în solide, căldura este condusă de vibrațiile atomilor sau moleculelor din rețelele lor constrânse, cu o distribuție suplimentară a energiei datorită mișcării electronilor liberi. Deoarece mișcarea electronilor liberi este, de asemenea, o caracteristică a conducției electrice, buni conductori de electricitate sunt și buni conductori de căldură.
Fluxul de căldură datorat diferențelor de temperatură se numește flux de căldură sensibilă, spre deosebire de fluxul de căldură latentă, care se referă la fluxul de căldură datorat schimbărilor de fază în mediu. Fluxul critic de căldură este cantitatea de căldură care poate fi pompată printr-o suprafață dată într-o anumită perioadă de timp, în care caracteristicile de curgere ale mediului se modifică – o schimbare de stare, de exemplu. Când un material devine solid, acesta încorporează energie care îi limitează structura rețelei. La fluxul critic de căldură, pe măsură ce o anumită cantitate de căldură este pompată în material, acesta atinge punctul de topire sau temperatura de tranziție a gazului, iar această energie de legătură este eliberată ca căldură latentă.