Izmjenjivač topline je specijalizirani uređaj koji pomaže u prijenosu topline s jedne tekućine na drugu. U nekim slučajevima, čvrsti zid može odvojiti tekućine i spriječiti njihovo miješanje. U drugim izvedbama, tekućine mogu biti u izravnom kontaktu jedna s drugom. U najučinkovitijim izmjenjivačima topline, površina stijenke između tekućina je maksimizirana dok se istovremeno smanjuje otpor protoka tekućine. Sa zidom se ponekad koriste rebra ili nabori kako bi se povećala površina i izazvala turbulencija.
Uobičajeni uređaji koji sadrže izmjenjivač topline uključuju klima-uređaje, hladnjake i grijače prostora. Ovi se uređaji također koriste u kemijskoj preradi i proizvodnji električne energije. Možda je najpoznatiji izmjenjivač topline radijator automobila, koji hladi vruću tekućinu radijatora koristeći prednost strujanja zraka preko površine radijatora.
Postoje tri primarne protočne strukture s izmjenjivačima topline: protutok, paralelni tok i poprečni tok. U protuprotočnom izmjenjivaču tekućine ulaze u izmjenjivač sa suprotnih strana. Ovo je najučinkovitiji dizajn jer prenosi najveću količinu topline. U verziji s paralelnim protokom, tekućine dolaze s istog kraja i kreću se paralelno jedna s drugom dok teku na drugu stranu. Poprečni izmjenjivač topline pomiče tekućine okomito.
Također postoje četiri različita dizajna izmjenjivača topline: školjka i cijev, ploča, regenerativna i srednje tekućina ili krutina. Najtipičniji tip je dizajn školjke i cijevi. Ovo ima višestruke rebraste cijevi. Jedna od tekućina prolazi kroz cijevi, dok druga tekućina teče preko njih, uzrokujući njezino zagrijavanje ili hlađenje. U pločastom izmjenjivaču topline tekućina teče kroz pregrade. To uzrokuje da se tekućine odvajaju pločama s velikom površinom. Ovaj tip izmjenjivača je obično učinkovitiji od dizajna školjke i cijevi.
Regenerativni izmjenjivač topline koristi toplinu iz specifičnog procesa kako bi zagrijao tekućinu korištenu u istom procesu. Mogu se izraditi s dizajnom školjke i cijevi ili dizajnom ploče. Srednji izmjenjivač topline ili krutine koristi tekućine ili krute tvari unutar sebe da zadrži toplinu i premjesti je na drugu stranu kako bi se oslobodila. Ova metoda se obično koristi za hlađenje plinova uz istovremeno uklanjanje nečistoća.