Siltumenerģijas pārnešana no karstas zonas uz vēsu zonu ir pazīstama kā siltuma plūsma. Tas notiek, ja noteikta objekta vai materiāla temperatūra atšķiras no apkārtējo objektu temperatūras. Šī procesa princips ir saistīts ar faktu, ka starp objektiem ir jānotiek termiskam līdzsvaram, kas pazīstams arī kā otrais termodinamikas likums. Būtībā, ja starp materiāliem pastāv temperatūras atšķirības, siltuma plūsmu var tikai palēnināt, nevis apturēt.
Siltuma plūsma lielā mērā ir atkarīga no vadīšanas jēdziena. Pamatā siltumenerģijas pārnešana ir atkarīga no brīvas elektronu difūzijas. Lai siltums pārvietotos no viena objekta vai materiāla uz citu, blakus esošie atomi vibrē viens pret otru. To izraisa elektronu pārvietošanās no viena atoma uz otru. Šķidrumu ziņā molekulas atrodas tālāk viena no otras, tāpēc siltumenerģija tiek pārnesta lēnāk, kad ir šāds vielas stāvoklis.
Konvekcija ir svarīga arī siltuma plūsmai. Tas notiek, ja ciets objekts vai virsma atrodas netālu no gāzes vai šķidruma. Siltuma pārneses ātrums palielinās, kustībai kustoties ātrāk. Termodinamikas likumos pastāv divi dažādi konvekcijas veidi: dabiskā un piespiedu. Gāzes vai šķidruma blīvuma izmaiņu dēļ dabiski rodas peldošie spēki, savukārt piespiedu konvekcija ir atbilde uz cilvēka radītu metodi, piemēram, sūkni vai ventilatoru.
Kad siltums tiek pārnests no materiāliem caur tukšu vietu, jēdzienu sauc par starojumu. Tas notiek visiem objektiem virs absolūtās nulles, pat tiem, kas atrodas ideālā vakuumā. Piemēram, Saules starojums iziet cauri kosmosa vakuumam, pirms iedarbojas uz zemi un citām planētām.
Vispārējo termodinamikas un siltuma plūsmas principu noteica sers Īzaks Ņūtons. Dzesēšanas likums nosaka, ka “ķermeņa siltuma zudumu ātrums ir proporcionāls temperatūru starpībai starp ķermeni un tā apkārtni vai vidi”. To var novērot, analizējot pārtiku. Piemēram, kad pīrāgu izņem no krāsns un ievieto vēsā logā, siltuma zudumu ātrumu nosaka gaisa temperatūra.
Viena interesanta siltuma plūsmas blakusparādība var rasties, kad tvaiki pārvēršas šķidrā fāzē. Šis process, kas pazīstams kā kondensācija, ir atkarīgs no šķidruma gāzveida formas maiņas. Tas ir redzams dabā miglas veidā vai uz vēsas glāzes karstā dienā.