Ο εναλλάκτης θερμότητας είναι μια εξειδικευμένη συσκευή που βοηθά στη μεταφορά θερμότητας από το ένα ρευστό στο άλλο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ένα συμπαγές τοίχωμα μπορεί να διαχωρίσει τα υγρά και να εμποδίσει την ανάμιξή τους. Σε άλλα σχέδια, τα υγρά μπορεί να είναι σε άμεση επαφή μεταξύ τους. Στους πιο αποδοτικούς εναλλάκτες θερμότητας, η επιφάνεια του τοιχώματος μεταξύ των ρευστών μεγιστοποιείται ενώ ταυτόχρονα ελαχιστοποιείται η αντίσταση ροής του ρευστού. Μερικές φορές χρησιμοποιούνται πτερύγια ή αυλακώσεις με τον τοίχο για να αυξηθεί η επιφάνεια και να προκληθούν αναταράξεις.
Οι συνήθεις συσκευές που περιέχουν εναλλάκτη θερμότητας περιλαμβάνουν κλιματιστικά, ψυγεία και θερμαντήρες χώρου. Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούνται επίσης στη χημική επεξεργασία και την παραγωγή ενέργειας. Ίσως ο πιο γνωστός εναλλάκτης θερμότητας είναι ένα ψυγείο αυτοκινήτου, το οποίο ψύχει το ζεστό υγρό του ψυγείου εκμεταλλευόμενος τη ροή αέρα πάνω από την επιφάνεια του ψυγείου.
Υπάρχουν τρεις διατάξεις κύριας ροής με εναλλάκτες θερμότητας: αντίθετη ροή, παράλληλη ροή και εγκάρσια ροή. Στον εναλλάκτη αντίθετης ροής, τα υγρά εισέρχονται στον εναλλάκτη από αντίθετες πλευρές. Αυτός είναι ο πιο αποδοτικός σχεδιασμός γιατί μεταφέρει τη μεγαλύτερη ποσότητα θερμότητας. Στην έκδοση παράλληλης ροής, τα υγρά εισέρχονται από το ίδιο άκρο και κινούνται παράλληλα μεταξύ τους καθώς ρέουν προς την άλλη πλευρά. Ο εναλλάκτης θερμότητας εγκάρσιας ροής μετακινεί τα υγρά με κάθετο τρόπο.
Υπάρχουν επίσης τέσσερα διαφορετικά σχέδια εναλλάκτη θερμότητας: κέλυφος και σωλήνας, πλάκα, αναγεννητικό και ενδιάμεσο ρευστό ή στερεό. Ο πιο χαρακτηριστικός τύπος είναι ο σχεδιασμός του κελύφους και του σωλήνα. Αυτό έχει πολλαπλούς σωλήνες με πτερύγια. Ένα από τα υγρά περνά μέσα από τους σωλήνες ενώ το άλλο ρευστό περνάει από πάνω τους, προκαλώντας τη θέρμανση ή την ψύξη του. Στον πλακοειδή εναλλάκτη θερμότητας, το ρευστό ρέει μέσα από διαφράγματα. Αυτό προκαλεί τον διαχωρισμό των ρευστών από πλάκες με μεγάλη επιφάνεια. Αυτός ο τύπος εναλλάκτη είναι συνήθως πιο αποδοτικός από τον σχεδιασμό του κελύφους και του σωλήνα.
Ο αναγεννητικός εναλλάκτης θερμότητας εκμεταλλεύεται τη θερμότητα από μια συγκεκριμένη διαδικασία για να θερμάνει το ρευστό που χρησιμοποιείται στην ίδια διαδικασία. Αυτά μπορούν να κατασκευαστούν με το σχέδιο κελύφους και σωλήνα ή το σχέδιο πλάκας. Το ενδιάμεσο ρευστό ή ο στερεός εναλλάκτης θερμότητας χρησιμοποιεί τα υγρά ή τα στερεά μέσα του για να συγκρατήσει τη θερμότητα και να την μετακινήσει στην άλλη πλευρά προκειμένου να απελευθερωθεί. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συνήθως για την ψύξη αερίων ενώ ταυτόχρονα αφαιρούνται οι ακαθαρσίες.