Toplinski mjerač protoka može biti bilo koji od niza uređaja namijenjenih za mjerenje brzine mase dok prolazi kroz zatvoreni prostor, obično cijev. Kako se masa kreće kroz zatvoreni prostor, mjerač toplinskog protoka detektira brzinu protoka mjerenjem topline koja se prenosi s površine senzora na masu koja teče. Ove vrste senzora ovise o pravilu da kako se brzina mijenja, tako se mijenja i učinak mase na mjerne senzore.
Senzori u mjeraču toplinskog protoka mnogo puta stvaraju toplinu koristeći neki vanjski izvor električne energije. Dok molekule plina prolaze pored senzora, one oduzimaju dio te topline zajedno s ostatkom mase u zatvorenom prostoru. Električna energija potrebna za održavanje osnovne temperature odražavat će protok mase iz izravno proporcionalnog odnosa. Korisno za mnoge primjene, termalni mjerač protoka mogao bi biti najkorisniji za mjerenje brzina protoka različitih plinova tijekom operacija ekstrakcije.
Iako postoji mnogo različitih konfiguracija mjerača toplinskog protoka, dvije se mogu smatrati najvažnijima i najšire korištenim. Jedna važna konfiguracija poznata je kao potapajući mjerač toplinskog protoka. U izravnom je kontaktu s tekućom masom i može uključivati dva senzora. Jedan senzor mjeri temperaturu mase, a drugi pokušava održati konstantnu temperaturu. Razlika između dva senzora ukazuje na nešto što se zove princip toplinskog senzora, koji je izravno proporcionalan brzini protoka mase.
Druga konfiguracija mjerača toplinskog protoka je dizajn kapilarne cijevi. U ovoj konfiguraciji, toplinski senzor se smatra inline, što znači da je izravno povezan sa zatvorenim prostorom. Senzor tada mjeri ukupnu količinu topline koja je konvektirana na tekuću masu. I uronjivi senzori i senzori s kapilarnom cijevi oslanjaju se na princip toplinskog senzora, koji ima tako visoku točnost da se može primijeniti u mnogim situacijama.
Na primjer, toplinski mjerač protoka može pomoći u istraživanju pružanjem preciznih brzina protoka za različite vrste plina. Mjerači protoka također su potencijalno korisni u industrijskim i komercijalnim primjenama kao što su skladištenje i distribucija plina. Brzina protoka važan je dio mnogih operacija povezanih s proizvodnjom, distribucijom i korištenjem inertnog ili zapaljivog plina. Termalni mjerač protoka također može pružiti vrijedne podatke za civilne poslove kao što su aeracija otpadnih voda ili distribucija prirodnog plina.