Radiația, convecția și conducția sunt trei moduri diferite prin care căldura poate fi transferată. Convecția și conducerea necesită materie pentru a transfera căldură. Radiația transferă căldură prin spațiu sub formă de energie, sub formă de unde. Deși aceste trei metode de transfer de căldură implică principii diferite, toate pot fi înțelese pe baza fizicii căldurii sau a energiei termice.
Materia este formată din particule, care interacționează între ele pentru a transfera energie termică. Atunci când un material cu o temperatură mai mare intră în contact cu un material cu temperatură mai scăzută, căldura curge de la materialul mai fierbinte la cel mai rece. Acest proces va continua până când cele două materiale sunt la aceeași temperatură și au atins o stare de echilibru termic.
În conducere, o bucată de materie mai fierbinte intră în contact cu o bucată de materie mai rece, iar căldura curge din regiunea mai fierbinte în regiunea mai rece. Căldura este condusă deoarece particulele cu mișcare rapidă ale materiei mai fierbinți transferă energie către moleculele mai reci și mai lente ale materiei mai reci. Capacitatea unui material de a conduce căldura depinde de structura și consistența sa moleculară. De exemplu, metalele sunt mai bune conductoare de căldură decât lemnul, iar solidele sunt mai bune conductoare de căldură decât lichidele.
Convecția transferă căldură pe baza unui principiu diferit al mișcării particulelor. Atunci când particulele posedă o cantitate mare de energie termică, această energie le face să se miște mai repede și să se răspândească, făcând materialul mai puțin dens. Particulele dintr-o regiune mai rece au mai puțină energie și se mișcă încet, ceea ce duce la o densitate mai mare. În fluide și gaze, acest principiu duce la scufundarea regiunilor mai reci ale materialului în partea de jos, în timp ce regiunile mai fierbinți se ridică în sus.
Un curent se formează prin circulația fluidului sau a gazului în acest model. Acesta se numește curent de convecție. În atmosferă, de exemplu, aerul rece se scufundă în timp ce aerul cald se ridică, producând circulație.
A treia metodă de transfer de căldură, radiația, nu necesită materie și nu depinde de interacțiunea particulelor. Un exemplu este radiația solară. Căldura de la soare ajunge pe pământ, în ciuda faptului că călătorește prin vidul spațiului. În cazul radiațiilor, energia termică există sub formă de unde. Este un tip de radiație electromagnetică, precum lumina vizibilă.
Atomii absorb energia radiațiilor prin electronii lor, care folosesc energia pentru a se deplasa la un nivel superior în interiorul atomului. Această energie poate fi emisă din nou atunci când electronul scade la nivelul său original. Temperatura unui obiect în prezența radiațiilor depinde de cantitatea de energie pe care o absoarbe față de cât de mult emite, astfel încât un obiect care absoarbe mai multă energie decât emite va crește temperatura.