Najprej bi morali vedeti, da je prenos toplote posledica temperaturne razlike znotraj ali med predmeti. Če v skladu z drugim zakonom termodinamike ni zunanjega vnosa energije, se toplota vedno samodejno prenaša iz mesta z visoko temperaturo na kraj z nižjo temperaturo.
Obstajajo trije osnovni načini prenosa toplote: toplotna prevodnost, konvekcija toplote in toplotno sevanje. V nadaljevanju so uvedene tri metode prenosa toplote.
(1) Toplotna prevodnost
Ko med različnimi deli objekta ni relativnega premika, toplotni prenos energije, ki nastane s toplotnim gibanjem molekul, atomov in prostih elektronov ter drugih mikroskopskih delcev, postane toplotna prevodnost.
Osnovna izračunska formula toplotne prevodnosti je Fourierjev zakon: toplota, ki se prenaša s toplotno prevodnost v enotnem času, je sorazmerna s presečnim območjem, ki je pravokotno na toplotni tok in sorazmerna temperaturnem gradientu. Negativni znak kaže, da je smer toplotnega prevoda nasproti smeri temperaturnega gradienta.
Toplotna prevodnost je svojstvena fizikalna lastnost materiala, ki predstavlja toplotno prevodnost materiala. Večja kot je toplotna prevodnost, boljša je toplotna prevodnost materiala.
(2) Toplotna konvekcija
Toplotna konvekcija se nanaša na relativni premik med različnimi deli tekočine, ki jih povzroča makroskopsko gibanje tekočine, in proces prenosa toplote, ki ga povzroča mešanje hladnih in vročih tekočin. Toplotna konvekcija se pojavi le v tekočini. Ker bodo molekule v tekočini hkrati izvajale tudi nepravilno toplotno gibanje, toplotno konvekcijo vedno spremlja toplotna prevodnost.
V skupni situaciji v inženiringu tekočina teče skozi objekt in ustvarja proces prenosa toplote med njegovo površino. Ta pojav se imenuje konvektivni proces prenosa toplote.
Prenos konvekcije toplote je razdeljen na dva tipa: naravno konvekcijo in prisilno konvekcijo.
Naravno konvekcijo povzroča različna gostota hladnih in vročih delov tekočine. Na primer, zrak v bližini radiatorja se se greje in teče navzgor.
Prisilna konvekcija je posledica pretoka tekočine zaradi razlike tlaka. Hladilno vodo na primer vodi vodna črpalka, da teče, namesto da bi imela razlike v gostoti.
Osnovna formula izračuna za konvekcijo toplote je newtonska hladilna formula.
Koeficient konvektivnega prenosa toplote je povezan s številnimi dejavniki v procesu prenosa toplote. Na primer fizikalne lastnosti predmeta, relativni položaj oblike in velikosti površine za izmenjavo toplote ter pretok tekočine. Pri konvekciji je običajno potrebno uporabiti teoretično analizo ali eksperimentalne metode za izračun koeficienta konvektivnega prenosa toplote na površini objekta.
(3) Toplotno sevanje
Način prenosa energije skozi elektromagnetne valove postane sevanje. Predmeti oddajajo sevanje iz različnih razlogov, med katerimi se pojav sevalne energije, ki jo oddaja toplota, imenujemo toplotno sevanje.
Razlika med sevanjem in prvima dvema načinoma prenosa toplote je v tem, da prva dva zahtevata prisotnost snovi, sevanje pa lahko prenese energijo v sesavanju, in tudi najučinkovitejši prenos v sesavanju.
Inženiring običajno upošteva sevanje med dvema ali več predmeti, vsak objekt v sistemu pa seva in hkrati absorbira toploto. Neto prenos toplote med njimi se izračuna z enačbo Stephena Boltzmanna.