Toplinsko inženjerstvo je široko područje inženjerstva koje obuhvaća tehnologije koje se bave sustavima grijanja i hlađenja, prijenosom topline i mehanikom fluida. Instrumenti koji kontroliraju temperaturu neophodni su u mnogim područjima, uključujući elektroenergetsku industriju; automobilska industrija; i industrija grijanja, ventilacije i klimatizacije (HVAC). Načela toplinske tehnike također su presudna za rad vozila i drugih strojeva.
Prijenos topline je glavna briga unutar polja. Prijenos energije, u obliku topline, kroz različite fizičke regije je prijenos topline. Kada je područje visoke temperature pored područja niže temperature, toplina prirodno teče iz područja s višim temperaturama u područje s nižom temperaturom. Ovaj princip, poznat kao vodljivost, koristi se u mnogim postavkama toplinske tehnike za povećanje ili smanjenje temperature sustava. Izolacija, na primjer, minimizira provođenje topline i održava temperaturna područja relativno različita.
Grijanje i hlađenje tekućina važno je u mnogim industrijskim okruženjima i predstavlja još jednu granu toplinskog inženjerstva. Inženjer u ovom području također mora razumjeti dinamiku fluida. Rashladno sredstvo, rashladna tvar, koristi se za smanjenje temperature procesa i sprječavanje pregrijavanja. Vrenje je još jedna metoda koja se koristi za stvaranje pare koja se može kondenzirati u rafiniranju kemijskog proizvoda. Proučavanje ovih procesa pomaže toplinskim inženjerima odrediti optimalnu regulaciju temperature u svakom pojedinom slučaju.
Toplinska tehnika ima primjenu i izvan industrijskih postrojenja. Primjer je HVAC industrija, koja se bavi hlađenjem, ventilacijom i regulacijom temperature unutar zgrada. Poslovna zgrada u vrućoj, vlažnoj klimi može trebati više ventilacije i klimatizacije kako bi potaknula hlađenje nego ista zgrada u hladnoj klimi. Komercijalni objekti kao što su restorani mogu zahtijevati opsežne rashladne sustave za skladištenje hrane. Sva ova tehnička razmatranja bila bi unutar područja ove vrste inženjeringa.
U manjem opsegu, vozila kao što su automobili koriste toplinsko inženjerstvo u svojoj svakodnevnoj funkciji. Grijanje i hlađenje automobila kontroliraju sustavi upravljanja toplinom integriranim u dizajn. Prijenos topline, dinamika fluida i drugi principi inženjerstva djeluju na hlađenju motora i održavanju protoka ulja.
Toplinska tehnika je važna za dizajn gotovo svakog stroja. Mehanički elementi i električni krugovi tijekom rada stvaraju toplinu, a nakupljanje topline često može ugroziti uređaj. Mehanizmi za hlađenje, obično ventilatori ili cirkulacije tekućine, dodaju se kako bi se kompenzirala i pomogla regulirati unutarnja temperatura stroja. Uređaji koji koriste ovaj princip uključuju računala i automobilske baterije.