Η ανταλλαγή αντίθετου ρεύματος είναι ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό, φυσικά εμφανιζόμενο φαινόμενο θερμικής ή χημικής μεταφοράς μεταξύ ρευστών σωμάτων. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα μέσω μιας αγώγιμης επιφάνειας στην περίπτωση της θερμότητας ή μιας μερικώς διαπερατής μεμβράνης στην περίπτωση της χημικής ανταλλαγής. Στις ανταλλαγές αντίθετου ρεύματος, το υγρό δότη και δέκτη ρέουν πάντα σε αντίθετες κατευθύνσεις, χαρακτηριστικό που προσδίδει στη διαδικασία τόσο την αποτελεσματικότητά της όσο και το όνομά της. Η ανταλλαγή αντίθετης ροής βρίσκεται σε πολλά βιολογικά συστήματα, όπως τα νεφρά των θηλαστικών, οι πνεύμονες των πτηνών και τα βράγχια των ψαριών και είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο βιομηχανικό σύστημα χημικής και θερμικής μεταφοράς. Ένα παρόμοιο σύστημα είναι η διαδικασία ταυτόχρονης ανταλλαγής που είναι λιγότερο αποτελεσματική και διαθέτει μεταφορές μεταξύ ρευστών που ρέουν προς την ίδια κατεύθυνση.
Η ανταλλαγή θερμικής ενέργειας ή αιωρούμενων ουσιών μεταξύ ρευστών που ρέουν είναι ένα κοινό φαινόμενο τόσο στη φύση όσο και στη βιομηχανία. Αυτές οι ανταλλαγές ροής ρεύματος μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες: ταυτόχρονες και αντίθετες. Και οι δύο περιλαμβάνουν την ανταλλαγή θερμότητας ή αιωρούμενων χημικών ουσιών μεταξύ ρευστών που ρέουν σε παρακείμενα δοχεία είτε μέσω αγώγιμων επιφανειών είτε μέσω ημιπερατών μεμβρανών, αντίστοιχα. Καθώς τα υγρά ρέουν στις κοινές περιοχές τους, η θερμότητα και οι χημικές ουσίες ρέουν φυσικά από περιοχές υψηλής σε χαμηλή συγκέντρωση μέχρι να επιτευχθεί ισορροπία. Αυτό το χαρακτηριστικό της στοιχειακής μεταφοράς είναι που κάνει τη μέθοδο ανταλλαγής αντίθετου ρεύματος πιο αποτελεσματική από τις δύο.
Η διαδικασία μεταφοράς οξυγόνου στα βράγχια ενός ψαριού είναι ένα καλό παράδειγμα των πλεονεκτημάτων της ανταλλαγής αντίθετου ρεύματος. Καθώς το φτωχό σε οξυγόνο αίμα συναντά μια αντίθετη ροή νερού πλούσιου σε οξυγόνο, το οξυγόνο αρχίζει να διαχέεται έξω από το νερό και στην κυκλοφορία του αίματος. Αυτό προκαλεί πτώση της συγκέντρωσης του οξυγόνου στο νερό και αύξηση του οξυγόνου στο αίμα. Λόγω του γεγονότος ότι οι κατευθύνσεις ροής είναι αντίθετες, το αίμα θα ρέει πάντα πάνω από νερό με υψηλότερη συγκέντρωση οξυγόνου και η ανταλλαγή θα συνεχιστεί μέχρι να αποκλίνουν οι ροές. Σε ταυτόχρονες ροές, ωστόσο, τα δύο ρευστά ρέουν προς την ίδια κατεύθυνση και η σχέση μεταξύ των συγκεντρώσεων φτάνει γρήγορα σε ισορροπία, με αποτέλεσμα να διακόπτεται αποτελεσματικά η ανταλλαγή.
Αυτό σημαίνει ότι σε αντίθεση με την παράλληλη παραλλαγή, τα συστήματα ανταλλαγής αντίθετου ρεύματος συνεχίζουν να μεταφέρουν το σχετικό στοιχείο σε ολόκληρη την περιοχή ανταλλαγής για μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα. Αυτή η απόδοση συνήθως επιτρέπει τιμές μεταφοράς 100% με τη ροή του δέκτη να εξέρχεται από το σύστημα με την ίδια συγκέντρωση θερμότητας ή χημικών ουσιών όπως αυτή της ροής δότη. Δεν μπορεί να ειπωθεί το ίδιο για τις ταυτόχρονες ανταλλαγές, ωστόσο, με τις μέσες τιμές μεταφοράς να κυμαίνονται στην περιοχή του 50%. Αυτό καθιστά τη μέθοδο ανταλλαγής αντίθετου ρεύματος κατάλληλη για βιομηχανικές διεργασίες όπως η αναγεννητική ανταλλαγή θερμότητας και οι μέθοδοι βιολογικής μεταφοράς, συμπεριλαμβανομένων των νεφρικών και πνευμονικών λειτουργιών.