Toplinsko provođenje se odnosi na prijenos toplinske energije zbog objekta koji ima različite temperature. Da bi se toplinska energija prenijela pomoću vodljivosti, ne bi trebalo doći do pomicanja objekta kao cjeline. Toplinska energija se uvijek kreće od one veće koncentracije prema nižoj koncentraciji – to jest, od vruće do hladne. Stoga, ako je jedan dio nekog predmeta vruć, toplina će se toplinskom vodljivošću prenijeti na hladniji dio tog objekta. Toplinsko provođenje će se također dogoditi ako se dva različita objekta različite temperature dodiruju.
Čestice — kao što su atomi i molekule — objekta s visokom toplinskom energijom kretat će se brže od čestica s niskom toplinskom energijom. Kada se čestice zagriju, mogu se ili kretati i udarati jedna o drugu, prenoseći tako energiju. U slučaju mnogih čvrstih tvari, čestice vibriraju brže, uzrokujući vibracije okolnih čestica. Pri prijenosu toplinske energije čestice koje se brže kreću će se usporiti, pa će tako postati hladnije, a sporije će se kretati brže i tako postati toplije. To će se nastaviti sve dok objekt ne postigne toplinsku ravnotežu.
Primjer toplinske vodljivosti je metalna posuda na štednjaku. Čestice izvora topline će se kretati i prenositi toplinsku energiju na čestice metala, uzrokujući njihovo brže kretanje. Kako se čestice u loncu brže kreću, lonac postaje topliji. Osim toga, čestice u loncu prenijet će svoju toplinu na hranu ili tekućinu unutar lonca. To omogućuje kuhanje hrane ili kuhanje tekućine.
Brzina kojom predmet prenosi toplinu kroz vodljivost naziva se toplinska vodljivost. Predmet niske vodljivosti prenosit će toplinu sporije od predmeta visoke vodljivosti. Zbog toga se neke tvari koriste kao izolatori, dok se druge koriste u primjenama kao što je kuhanje. Općenito, krute tvari su bolji provodnici topline od tekućina i plinova. Osim toga, metali su obično bolji toplinski vodiči od nemetalnih tvari.
Toplinsko provođenje uzrokovano pokretnim elektronima učinkovitije je od provođenja uzrokovano vibracijama. Razlog zašto su metali tako dobri vodiči i topline i struje je taj što imaju puno elektrona koji se mogu kretati. Elektroni, međutim, općenito ne idu jako daleko kada provode toplinsku energiju, već se sudaraju i prenose toplinsku energiju na druge elektrone u blizini koji se zatim mogu sudarati i prenositi toplinsku energiju u druge elektrone u njihovoj blizini. Rezultat je učinkovita metoda prijenosa energije koja takvim tvarima daje visoku toplinsku vodljivost.