Trao đổi nhiệt là sự truyền dẫn nhiệt năng khi có sự chênh lệch nhiệt độ. Lượng nhiệt năng trong quá trình trao đổi được gọi là nhiệt lượng và là một quá trình biến thiên. Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra theo hướng chuyển nhiệt năng từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Cần phân biệt trao đổi nhiệt với cân bằng nhiệt, là quá trình trao đổi nhiệt giữa hai hoặc nhiều vật chất tới khi đạt được một nhiệt độ chung. Đại lượng vật lý mô tả sự trao đổi nhiệt là dòng nhiệt Q ˙ {\displaystyle {\dot {Q}}} (hoặc Φ t h {\displaystyle \Phi _{\mathrm {th} }} ). Sự trao đổi nhiệt tại một bề mặt (ví dụ ranh giới rắn/lỏng, rắn/khí) được biểu diễn thông qua hệ số truyền nhiệt (α hoặc h)