Prijenos toplinske energije iz vrućeg područja u hladno područje poznat je kao toplinski tok. To se događa kada je određeni predmet ili materijal na različitoj temperaturi od okolnih objekata. Princip koji stoji iza ovog procesa uključuje činjenicu da se toplinska ravnoteža mora dogoditi između objekata, također poznata kao drugi zakon termodinamike. U suštini, kada postoji razlika u temperaturi između materijala, protok topline se može samo usporiti, a ne zaustaviti.
Protok topline se uvelike oslanja na koncept vodljivosti. U osnovi, prijenos toplinske energije ovisi o difuziji slobodnih elektrona. Kako bi se toplina kretala s jednog predmeta ili materijala na drugi, susjedni atomi vibriraju jedan protiv drugog. To je uzrokovano kretanjem elektrona s jednog atoma na drugi. Što se tiče tekućina, molekule su udaljenije, što je razlog zašto se toplinska energija prenosi sporijom brzinom kada je ovo stanje tvari prisutno.
Konvekcija je također važna za protok topline. To se događa kada se čvrsti predmet ili površina nalazi u blizini plina ili tekućine. Brzina prijenosa topline raste kako se gibanje brže kreće. U okviru zakona termodinamike postoje dvije različite vrste konvekcije: prirodna i prisilna. Uzgonske sile zbog varijacija gustoće plina ili tekućine prirodno se javljaju, dok je prisilna konvekcija odgovor na metode koje je napravio čovjek kao što su pumpa ili ventilator.
Kada se toplina prenosi iz materijala kroz prazan prostor, koncept je poznat kao zračenje. To se događa za sve objekte iznad apsolutne nule, čak i one koji se nalaze unutar savršenog vakuuma. Na primjer, zračenje sa Sunca putuje kroz vakuum svemira prije nego što udari na Zemlju i druge planete.
Opće načelo termodinamike i toplinskog toka uspostavio je Sir Isaac Newton. Zakon hlađenja kaže da je “brzina gubitka topline tijela proporcionalna razlici u temperaturama između tijela i njegove okoline, odnosno okoline”. To se može uočiti analizom hrane. Na primjer, kada se pita izvadi iz pećnice i stavi u hladan prozor, brzina gubitka topline određena je temperaturom zraka.
Jedna zanimljiva nuspojava protoka topline može se pojaviti kada para prelazi u svoju tekuću fazu. Poznat kao kondenzacija, ovaj proces se oslanja na promjenu plinovitog oblika tekućine. To se vidi u prirodi u obliku magle ili na hladnom staklu po vrućem danu.