Un gradient de temperatură este variația treptată a temperaturii cu distanța. Panta gradientului este consecventă în cadrul unui material. Un gradient este stabilit oricând două materiale la temperaturi diferite sunt în contact fizic unul cu celălalt. Unitățile de măsură ale gradienților de temperatură sunt grade pe unitate de distanță, cum ar fi °F pe inch sau °C pe metru.
Mulți gradienți de temperatură există în mod natural, în timp ce alții sunt creați. Cel mai mare gradient de temperatură de pe Pământ este Pământul însuși. Temperatura nucleului Pământului este estimată la aproximativ 9,000°F (5,000°C); este de 6,650°F (3,700°C) la limita dintre miez și manta, în timp ce temperatura crustei este de aproximativ 200°F (93°C). Fiecare strat are un gradient de temperatură cu o pantă diferită, în funcție de conductivitatea termică a stratului.
Nu există gradient de temperatură între Pământ și Soare, deoarece nu există o atmosferă între ele. Capacitatea de căldură este capacitatea unui material de a reține căldura. Un vid are capacitate termică zero.
Convecția distruge un gradient termic. La încălzirea unei oale cu sos, lichidul cel mai apropiat de arzător devine cel mai fierbinte. Când este amestecat, lichidul fierbinte se amestecă cu lichid mai rece, căldura devine uniform distribuită, iar gradientul de temperatură este anulat.
Dacă nu este agitat, transferul de căldură convectiv va face ca lichidul cald să se ridice și să scadă rece și va avea loc o oarecare circulație, deși nu va fi la fel de eficient ca agitarea activă. În timp, forțele de conducere care transferă căldura de la fund vor stabili echilibrul cu forțele convective care fac ca apa să circule. Dacă sursa de căldură este scăzută, circulația va fi lentă, poate exista un gradient de temperatură abrupt, iar sosul poate fi ars pe fund. Dacă căldura este mare, sosul va fierbe, transferul de căldură prin convecție va fi mare, iar gradientul de temperatură va fi aproape de zero.
Izolația este utilizată pentru a întârzia transferul de căldură prin punerea materialului cu conductivitate termică scăzută lângă sursa de căldură. Izolația ajută la menținerea gradientului termic dintre obiectul izolat și condițiile ambientale. Cafeaua va rămâne mai caldă într-o ceașcă de spumă decât într-o ceașcă de aluminiu, deoarece spuma conduce căldura mai puțin ușor. De asemenea, băutorul de cafea poate arde câteva degete ridicând ceașca de aluminiu, deoarece gradientul termic este aproape de zero și temperatura exterioară a ceștii este aproape aceeași cu cea din interiorul cănii.
Pentru a fi stabil, un gradient termic trebuie să aibă o sursă de căldură constantă și un radiator disponibil. Menținerea gradienților constanți este rareori importantă, cu excepția cazului în care se desfășoară reacții chimice. Multe procese industriale necesită un control atent al căldurii. Celula vie trebuie, de asemenea, să mențină controale atente ale căldurii pentru o performanță optimă. În timp ce oamenii de știință înțeleg modul în care corpul uman în ansamblu menține un gradient de temperatură între miezul său și lumea exterioară, opțiunile disponibile pentru celulele individuale sunt mai puțin clare.