Toplinski valovi su razdoblja u kojima je vrijeme znatno toplije nego što je uobičajeno za godišnje doba i uobičajenu klimu. Unatoč razlikama u mišljenjima o tome što točno čini ovu vrstu vremenskih uvjeta, mnoga mjesta diljem svijeta rutinski izvještavaju o toplinskom valu u nekom trenutku tijekom kalendarske godine. Toplinski val ponegdje je uobičajena pojava koja se događa tijekom ljetnih mjeseci, iako se vremenski uvjeti ovog tipa ne ograničavaju na određeno godišnje doba.
Iako se toplinski uvjeti kvalificiraju kao toplinski val varira od jednog mjesta do drugog, postoji nekoliko osnovnih činjenica o toplinskim valovima koje se, čini se, primjenjuju gotovo posvuda. Prvo, vrijeme je osjetno toplije nego što se smatra normalnim za doba godine i klimu. Drugo, neobično vrijeme traje neko vrijeme koje se smatra dovoljnim da se smatra određenom fazom. Na kraju, vrijeme će vjerojatno donijeti neku vrstu povećanog rizika za ljude, životinje i može dodatno opteretiti izvore napajanja.
Općenito, glavni uzrok toplinskih valova ima veze s pozicioniranjem mlazne struje u području gdje je u atmosferi prisutna značajna količina visokog tlaka. Zrak koji se nalazi na jednoj strani mlazne struje vjerojatno će biti mnogo topliji nego na suprotnoj strani. Istodobno, ako viši tlak u regiji karakterizira gotovo da nema naoblake ili oborina, zrak i gornja razina tla zagrijavaju se na temperature iznad normalnog raspona za to doba godine. Sve dok naoblaka ostane tanka i nema dovoljno oborina za hlađenje zraka i tla, vjerojatno će se razviti toplinski val.
Različita mjesta diljem svijeta definiraju toplinski val kao trajan u određenim vremenskim razdobljima. Na nekim mjestima vremenski uvjeti moraju potrajati najmanje tri kalendarska dana prije nego što se pojava klasificira kao val. U ostalim područjima dovoljno je razdoblje od samo dvadeset četiri uzastopna sata neobično toplog vremena.
Postoje opasnosti vezane uz pojavu toplinskog vala. Do dehidracije može doći i ako se ne pazi da se pije dovoljna količina tekućine tijekom dugotrajnog vala vrućine. Stanje može dovesti do incidencije toplinske iscrpljenosti ili toplinskog udara. Dodatni stres na izvore napajanja jer ljudi pokušavaju ostati udobni s klima uređajem može dovesti do nestanka struje na različitim točkama duž električne mreže. Za vrijeme toplinskog vala važno je provjeriti starije rođake i susjede, osigurati hlad i obilje vode za kućne ljubimce, te općenito pronaći načine za pravilno hidriranje tijela.
Ono što se smatra toplinskim valom na jednom mjestu tijekom određene sezone ne može se smatrati neuobičajenim fenomenom u drugom dijelu svijeta. Na primjer, visoke temperature s prekomjernom vlagom tijekom mjeseca srpnja mogu se smatrati neobičnim u području Nove Engleske u Sjedinjenim Državama, ali bi bile normalne na dubokom jugu tijekom istog vremenskog okvira.