Wymiana przeciwprądowa jest wysoce wydajnym, naturalnie występującym zjawiskiem wymiany termicznej lub chemicznej między ciałami płynnymi. Proces ten odbywa się poprzez powierzchnię przewodzącą w przypadku ciepła lub częściowo przepuszczalną membranę w przypadku wymiany chemicznej. W wymianie przeciwprądowej płyn dawcy i biorcy zawsze płyną w przeciwnych kierunkach, co jest cechą, która nadaje procesowi zarówno jego skuteczność, jak i jego nazwę. Wymiana przeciwprądowa występuje w wielu układach biologicznych, takich jak nerki ssaków, płuca ptaków i rybie skrzela, i jest powszechnie stosowanym przemysłowym systemem wymiany chemicznej i termicznej. Podobnym systemem jest proces wymiany współbieżnej, który jest mniej efektywny i charakteryzuje się transferami pomiędzy płynami płynącymi w tym samym kierunku.
Wymiana energii cieplnej lub substancji zawieszonych pomiędzy płynącymi płynami jest zjawiskiem powszechnym zarówno w przyrodzie, jak iw przemyśle. Te wymiany przepływu prądu można podzielić na dwie grupy: współbieżną i przeciwprądową. Oba obejmują wymianę ciepła lub zawieszonych chemikaliów między płynami przepływającymi w sąsiednich naczyniach, odpowiednio, przez powierzchnie przewodzące lub membrany półprzepuszczalne. Ponieważ płyny przepływają przez wspólne obszary, ciepło i chemikalia naturalnie przepływają z obszarów o wysokim stężeniu do niskiego poziomu, aż do osiągnięcia równowagi. To właśnie ta cecha transferu pierwiastków sprawia, że metoda wymiany przeciwprądowej jest bardziej efektywna.
Dobrym przykładem korzyści płynących z wymiany przeciwprądowej jest proces przenoszenia tlenu w skrzelach ryb. Gdy krew uboga w tlen napotyka przeciwny przepływ wody bogatej w tlen, tlen zaczyna dyfundować z wody do krwiobiegu. Powoduje to spadek stężenia tlenu w wodzie i wzrost stężenia tlenu we krwi. Ze względu na to, że kierunki przepływu są przeciwne, krew zawsze będzie płynęła nad wodą o wyższym stężeniu tlenu, a wymiana będzie trwała do momentu rozbieżności przepływów. Jednak w przepływach współbieżnych oba płyny płyną w tym samym kierunku, a zależność między stężeniami szybko osiąga równowagę, skutecznie zatrzymując w ten sposób wymianę.
Oznacza to, że w przeciwieństwie do wariantu współbieżnego, systemy wymiany przeciwprądowej nadal przesyłają odpowiedni element przez cały obszar wymiany, aby uzyskać większą wydajność. Ta sprawność zwykle pozwala na transfer wartości 100%, gdy strumień odbiorcy opuszcza system z taką samą koncentracją ciepła lub chemikaliów, jak strumień donora. Tego samego nie można jednak powiedzieć o równoczesnych wymianach, gdzie średnie wartości transferów kształtują się w okolicach 50%. To sprawia, że metoda wymiany przeciwprądowej jest odpowiednia dla procesów przemysłowych, takich jak regeneracyjna wymiana ciepła i metody transferu biologicznego, w tym funkcje nerek i płuc.