Процесс теплообмена — естественный процесс переноса (передачи) теплоты при наличии разности температур внутри твердого тела, в жидкой или газообразной среде, на границе твердого тела с окружающей его средой, в двух средах, разделенных перегородкой. Разность температур — это необходимое условие теплообмена, причем тепловой поток направлен от более высокой к менее высокой температуре. В общем случае температура неодинакова в различных точках тела или среды и зависит от времени, т. е. она является функцией координат и времени.

Совокупность значений температуры в данный момент времени для всех точек рассматриваемого пространства называется температурным полем. Если за некоторый промежуток времени температурное поле не изменяется, то такое поле, процесс теплообмена, происходящий при этом, и тепловой поток называются установившимися или стационарными. Если с течением времени температурное поле изменяется, то такое поле, процесс теплообмена и тепловой поток называются неустановившимися или нестационарными.

В зависимости от способа переноса (передачи) теплоты различают три вида теплообмена: теплопроводность (кондукцию), конвекцию и теплообмен излучением (лучистый теплообмен).