Siltummainis ir specializēta ierīce, kas palīdz pārnest siltumu no viena šķidruma uz otru. Dažos gadījumos cieta siena var atdalīt šķidrumus un novērst to sajaukšanos. Citās konstrukcijās šķidrumi var būt tiešā saskarē viens ar otru. Visefektīvākajos siltummaiņos sienas virsmas laukums starp šķidrumiem tiek maksimāli palielināts, vienlaikus samazinot šķidruma plūsmas pretestību. Lai palielinātu virsmas laukumu un izraisītu turbulenci, kopā ar sienu dažreiz izmanto spuras vai rievojumus.
Parastās ierīces ar siltummaini ietver gaisa kondicionētājus, ledusskapjus un telpu sildītājus. Šīs ierīces izmanto arī ķīmiskajā apstrādē un elektroenerģijas ražošanā. Iespējams, visizplatītākais siltummainis ir automašīnas radiators, kas atdzesē karsto radiatora šķidrumu, izmantojot gaisa plūsmu virs radiatora virsmas.
Ir trīs primārās plūsmas izkārtojumi ar siltummaiņiem: pretplūsma, paralēlā plūsma un šķērsplūsma. Pretplūsmas siltummainī šķidrumi ieplūst siltummainī no pretējām pusēm. Šis ir visefektīvākais dizains, jo tas nodod vislielāko siltuma daudzumu. Paralēlās plūsmas versijā šķidrumi nāk no viena gala un virzās paralēli viens otram, plūstot uz otru pusi. Šķērsplūsmas siltummainis pārvieto šķidrumus perpendikulāri.
Ir arī četri dažādu dizainu siltummaiņi: apvalks un caurule, plākšņu, reģeneratīvie un starpposma šķidrums vai ciets. Tipiskākais veids ir apvalka un caurules dizains. Tam ir vairākas spuru caurules. Viens no šķidrumiem plūst cauri caurulēm, bet otrs šķidrums tek pa tām, izraisot to uzsildīšanu vai dzesēšanu. Plākšņu siltummainī šķidrums plūst caur deflektoriem. Tas izraisa šķidrumu atdalīšanu ar plāksnēm ar lielu virsmas laukumu. Šāda veida siltummainis parasti ir efektīvāks nekā apvalka un caurules konstrukcija.
Reģeneratīvais siltummainis izmanto konkrēta procesa siltumu, lai uzsildītu tajā pašā procesā izmantoto šķidrumu. Tos var izgatavot ar apvalka un caurules dizainu vai plāksnes dizainu. Starpposma šķidrums vai cietais siltummainis izmanto tajā esošos šķidrumus vai cietās vielas, lai noturētu siltumu un pārvietotu to uz otru pusi, lai atbrīvotos. Šo metodi parasti izmanto, lai atdzesētu gāzes, vienlaikus noņemot piemaisījumus.