Wymiennik ciepła to specjalistyczne urządzenie, które pomaga w przekazywaniu ciepła z jednego płynu do drugiego. W niektórych przypadkach lita ściana może oddzielać płyny i uniemożliwiać ich mieszanie. W innych konstrukcjach płyny mogą stykać się ze sobą bezpośrednio. W najwydajniejszych wymiennikach ciepła powierzchnia ścianki pomiędzy płynami jest zmaksymalizowana przy jednoczesnym zminimalizowaniu oporów przepływu płynu. Żebra lub pofałdowania są czasami używane ze ścianą w celu zwiększenia powierzchni i wywołania turbulencji.
Typowe urządzenia zawierające wymiennik ciepła to klimatyzatory, lodówki i grzejniki. Urządzenia te wykorzystywane są również w przetwórstwie chemicznym i produkcji energii. Chyba najbardziej znanym wymiennikiem ciepła jest chłodnica samochodowa, która chłodzi gorący płyn chłodnicy wykorzystując przepływ powietrza nad powierzchnią chłodnicy.
Istnieją trzy układy z przepływem pierwotnym z wymiennikami ciepła: przeciwprądowy, równoległy i krzyżowy. W wymienniku przeciwprądowym płyny dopływają do wymiennika z przeciwnych stron. Jest to najbardziej wydajna konstrukcja, ponieważ przenosi największą ilość ciepła. W wersji z przepływem równoległym płyny dopływają z tego samego końca i poruszają się równolegle do siebie, gdy przepływają na drugą stronę. Krzyżowy wymiennik ciepła przemieszcza płyny prostopadle.
Istnieją również cztery różne konstrukcje wymienników ciepła: płaszczowo-rurowe, płytowe, regeneracyjne i pośrednie lub stałe. Najbardziej typowym typem jest konstrukcja płaszczowo-rurowa. Ma wiele rur żebrowanych. Jeden z płynów przepływa przez rurki, podczas gdy drugi płynie po nich, powodując jego podgrzanie lub ochłodzenie. W płytowym wymienniku ciepła płyn przepływa przez przegrody. Powoduje to oddzielenie płynów płytami o dużej powierzchni. Ten typ wymiennika jest zazwyczaj bardziej wydajny niż konstrukcja płaszczowo-rurowa.
Regeneracyjny wymiennik ciepła wykorzystuje ciepło z określonego procesu w celu podgrzania płynu używanego w tym samym procesie. Mogą być wykonane w konstrukcji płaszczowo-rurowej lub w konstrukcji płytowej. Pośredni wymiennik ciepła z płynem lub ciałem stałym wykorzystuje zawarte w nim płyny lub ciała stałe do zatrzymywania ciepła i przenoszenia go na drugą stronę w celu uwolnienia. Ta metoda jest powszechnie stosowana do chłodzenia gazów przy jednoczesnym usuwaniu zanieczyszczeń.