Postoji nekoliko vrsta toplinski izolacijskih materijala koji se koriste u raznim komercijalnim i stambenim primjenama. Neki od ovih materijala za toplinsku izolaciju uključuju azbest, izolaciju od stakloplastike i mineralnu vunu. Manje konvencionalni materijali uključuju višeslojnu izolaciju (MLI) koja se koristi na svemirskim letjelicama i satelitima, boje na bazi keramike i kemijske filmove koji se često omotavaju oko cijevi i postavljaju na ravne površine.
Dok je tipična upotreba izolacije sprječavanje ulaska hladnog zraka u prostor, mnogi toplinski izolacijski materijali dizajnirani su da drže toplinu podalje od predmeta. Materijali se također mogu koristiti unutar komponente kako se ne bi oštetile druge komponente unutar sklopa. Toplina je zajednički neprijatelj mnogih uređaja i, kao takva, zahtijeva posebne toplinske izolacijske materijale kako bi se spriječila široka lepeza oštećenja od manjeg kvara do potpunog toplinskog topljenja i uništenja.
Jedan od prvih široko korištenih izolacijskih materijala za koje je utvrđeno da štite od topline bio je azbest. Materijal sličan vlaknima, azbest se koristi u zgradama, brodovima i raznim vrstama strojeva za zaštitu od oštećenja toplinom. Čestice prašine iz azbesta povezane su sa zdravstvenim problemima, uključujući rak, a materijal se počinje koristiti u vrlo ograničenim primjenama.
Izolacija od stakloplastike je svestran materijal koji je pronašao mnoge namjene, uključujući upotrebu kao toplinski izolacijski materijali. Količina toplinske zaštite često se pripisuje debljini materijala od stakloplastike. Zrak zarobljen unutar brojnih niti i vlakana izolacije sprječava prijenos topline s jedne čestice na drugu, stvarajući tako uspješnu toplinsku barijeru. Za ekstremne toplinske uvjete, mineralna vuna u obliku vune od troske i kamene vune obično se koristi u područjima koja mogu doći u izravan kontakt s ljudima. Vuna od troske je nusproizvod troske visoke peći iz željezne rude, dok je kamena vuna nusproizvod prirodne stijene i kamena.
Neki od manje konvencionalnih i egzotičnijih materijala za toplinsku izolaciju mogu se naći u svemiru ili ispod haube obiteljskog automobila. Boje i premazi na bazi keramike često se nanose na svemirska vozila i automobilske ispušne komponente kako bi se zaštitili od oštećenja toplinom. Pokrivanjem komponente u ovom tekućem premazu, stvrdnuti premaz ima sposobnost i zadržati bilo kakvu toplinu unutar komponente, kao i zaštititi vanjsku toplinu od ulaska u komponentu. Drugi toplinski izolacijski materijali poznati kao MLI sastoje se od nekoliko slojeva materijala povezanih zajedno i čine materijal zlatne boje koji se često viđa na svemirskim letjelicama.