Η θερμική αγωγιμότητα αναφέρεται στη μεταφορά θερμικής ενέργειας λόγω ενός αντικειμένου που έχει διαφορετικές θερμοκρασίες. Για να μεταφερθεί θερμική ενέργεια χρησιμοποιώντας αγωγιμότητα, δεν θα πρέπει να υπάρχει κίνηση του αντικειμένου στο σύνολό του. Η θερμική ενέργεια κινείται πάντα από εκείνη της υψηλότερης συγκέντρωσης σε χαμηλότερη συγκέντρωση – δηλαδή, από τη θερμή στο κρύο. Επομένως, εάν ένα μέρος ενός αντικειμένου είναι ζεστό, η θερμότητα θα μεταφερθεί μέσω θερμικής αγωγιμότητας στο ψυχρότερο μέρος αυτού του αντικειμένου. Η θερμική αγωγιμότητα θα πραγματοποιηθεί επίσης εάν δύο διαφορετικά αντικείμενα ποικίλων θερμοκρασιών αγγίζουν το ένα το άλλο.
Τα σωματίδια —όπως άτομα και μόρια— ενός αντικειμένου με υψηλή θερμική ενέργεια θα κινούνται ταχύτερα από αυτά ενός αντικειμένου με χαμηλή θερμική ενέργεια. Όταν τα σωματίδια θερμαίνονται, μπορούν είτε να κινηθούν γύρω και να προσκρούσουν το ένα στο άλλο, μεταφέροντας έτσι ενέργεια. Στην περίπτωση πολλών στερεών, τα σωματίδια δονούνται πιο γρήγορα, προκαλώντας δόνηση των γύρω σωματιδίων. Όταν μεταφέρεται θερμική ενέργεια, τα πιο γρήγορα κινούμενα σωματίδια θα επιβραδυνθούν, με αποτέλεσμα να γίνουν πιο ψυχρά, και τα πιο αργά κινούμενα σωματίδια θα κινηθούν πιο γρήγορα, με αποτέλεσμα να γίνουν θερμότερα. Αυτό θα συνεχιστεί μέχρι το αντικείμενο να φτάσει σε θερμική ισορροπία.
Ένα παράδειγμα θερμικής αγωγιμότητας είναι μια μεταλλική κατσαρόλα στη σόμπα. Τα σωματίδια της πηγής θερμότητας θα κινηθούν και θα μεταφέρουν θερμική ενέργεια στα σωματίδια του μετάλλου, με αποτέλεσμα να κινούνται πιο γρήγορα. Καθώς τα σωματίδια στην κατσαρόλα κινούνται πιο γρήγορα, η γλάστρα γίνεται πιο ζεστή. Επιπλέον, τα σωματίδια στην κατσαρόλα θα μεταφέρουν τη θερμότητά τους στο φαγητό ή το υγρό μέσα στην κατσαρόλα. Αυτό επιτρέπει στο φαγητό να μαγειρευτεί ή στο υγρό να βράσει.
Ο ρυθμός που ένα αντικείμενο μεταφέρει θερμότητα μέσω της αγωγιμότητας ονομάζεται θερμική αγωγιμότητα. Ένα αντικείμενο με χαμηλή αγωγιμότητα θα μεταφέρει θερμότητα πιο αργά από ένα αντικείμενο με υψηλή αγωγιμότητα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ορισμένες ουσίες χρησιμοποιούνται ως μονωτικά ενώ άλλες χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές όπως το μαγείρεμα. Γενικά, τα στερεά είναι καλύτεροι αγωγοί της θερμότητας από τα υγρά και τα αέρια. Επιπλέον, τα μέταλλα είναι συνήθως καλύτεροι θερμικοί αγωγοί από τις μη μεταλλικές ουσίες.
Η θερμική αγωγιμότητα που προκαλείται από κινούμενα ηλεκτρόνια είναι πιο αποτελεσματική από την αγωγιμότητα που προκαλείται από δόνηση. Ο λόγος που τα μέταλλα είναι τόσο καλοί αγωγοί τόσο της θερμότητας όσο και του ηλεκτρισμού είναι επειδή έχουν πολλά ηλεκτρόνια που μπορούν να κινούνται. Τα ηλεκτρόνια, ωστόσο, γενικά δεν πάνε πολύ μακριά όταν αγώγουν θερμική ενέργεια, αλλά μάλλον συγκρούονται και μεταφέρουν θερμική ενέργεια σε άλλα ηλεκτρόνια κοντά τους, τα οποία μπορούν στη συνέχεια να συγκρουστούν και να μεταφέρουν θερμική ενέργεια σε άλλα ηλεκτρόνια κοντά τους. Το αποτέλεσμα είναι μια αποτελεσματική μέθοδος μεταφοράς ενέργειας που δίνει σε τέτοιες ουσίες υψηλή θερμική αγωγιμότητα.