Η ακτινοβολία, η συναγωγή και η αγωγιμότητα είναι τρεις διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους μπορεί να μεταφερθεί η θερμότητα. Η μεταφορά και η αγωγιμότητα απαιτούν ύλη για τη μεταφορά θερμότητας. Η ακτινοβολία μεταφέρει θερμότητα μέσω του χώρου με τη μορφή ενέργειας, ως κύματα. Αν και αυτές οι τρεις μέθοδοι μεταφοράς θερμότητας περιλαμβάνουν διαφορετικές αρχές, όλες μπορούν να γίνουν κατανοητές με βάση τη φυσική της θερμότητας ή της θερμικής ενέργειας.
Η ύλη αποτελείται από σωματίδια, τα οποία αλληλεπιδρούν μεταξύ τους για να μεταφέρουν θερμική ενέργεια. Όταν ένα υλικό με υψηλότερη θερμοκρασία έρχεται σε επαφή με ένα υλικό χαμηλότερης θερμοκρασίας, η θερμότητα ρέει από το θερμότερο προς το ψυχρότερο υλικό. Αυτή η διαδικασία θα συνεχιστεί μέχρι τα δύο υλικά να βρεθούν στην ίδια θερμοκρασία και να φτάσουν σε κατάσταση θερμικής ισορροπίας.
Στην αγωγιμότητα, ένα θερμότερο κομμάτι ύλης έρχεται σε επαφή με ένα ψυχρότερο κομμάτι ύλης και η θερμότητα ρέει από την θερμότερη προς την ψυχρότερη περιοχή. Η θερμότητα μεταδίδεται επειδή τα γρήγορα κινούμενα σωματίδια της θερμότερης ύλης μεταφέρουν ενέργεια στα ψυχρότερα, πιο αργά κινούμενα μόρια της ψυχρότερης ύλης. Η ικανότητα ενός υλικού να μεταφέρει τη θερμότητα εξαρτάται από τη μοριακή του δομή και συνοχή. Για παράδειγμα, τα μέταλλα είναι καλύτεροι αγωγοί της θερμότητας από το ξύλο και τα στερεά είναι καλύτεροι αγωγοί της θερμότητας από τα υγρά.
Η συναγωγή μεταφέρει θερμότητα με βάση μια διαφορετική αρχή της κίνησης των σωματιδίων. Όταν τα σωματίδια διαθέτουν μεγάλη ποσότητα θερμικής ενέργειας, αυτή η ενέργεια τα αναγκάζει να κινούνται πιο γρήγορα και να απλώνονται, καθιστώντας το υλικό λιγότερο πυκνό. Τα σωματίδια σε μια ψυχρότερη περιοχή έχουν λιγότερη ενέργεια και κινούνται αργά, οδηγώντας σε μεγαλύτερη πυκνότητα. Στα ρευστά και τα αέρια, αυτή η αρχή έχει ως αποτέλεσμα ψυχρότερες περιοχές του υλικού να βυθίζονται στον πυθμένα, ενώ θερμότερες περιοχές ανεβαίνουν στην κορυφή.
Ένα ρεύμα σχηματίζεται από την κυκλοφορία ρευστού ή αερίου σε αυτό το σχέδιο. Αυτό ονομάζεται ρεύμα μεταφοράς. Στην ατμόσφαιρα, για παράδειγμα, ο κρύος αέρας βυθίζεται ενώ ο ζεστός αέρας ανεβαίνει, παράγοντας κυκλοφορία.
Η τρίτη μέθοδος μεταφοράς θερμότητας, η ακτινοβολία, δεν απαιτεί ύλη και δεν εξαρτάται από την αλληλεπίδραση των σωματιδίων. Ένα παράδειγμα είναι η ηλιακή ακτινοβολία. Η θερμότητα από τον ήλιο φτάνει στη γη παρά το ότι ταξιδεύει μέσα από το κενό του διαστήματος. Στην περίπτωση της ακτινοβολίας, η θερμική ενέργεια υπάρχει με τη μορφή κυμάτων. Είναι ένα είδος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, όπως το ορατό φως.
Τα άτομα απορροφούν την ενέργεια της ακτινοβολίας μέσω των ηλεκτρονίων τους, τα οποία χρησιμοποιούν την ενέργεια για να μετακινηθούν σε υψηλότερο επίπεδο μέσα στο άτομο. Αυτή η ενέργεια μπορεί να εκπέμπεται ξανά όταν το ηλεκτρόνιο πέσει στο αρχικό του επίπεδο. Η θερμοκρασία ενός αντικειμένου παρουσία ακτινοβολίας εξαρτάται από το πόση ενέργεια απορροφά σε σχέση με το πόση εκπέμπει, επομένως ένα αντικείμενο που απορροφά περισσότερη ενέργεια από αυτή που εκπέμπει θα αυξηθεί σε θερμοκρασία.