La radiación, la convección y la conducción son tres formas diferentes de transferir el calor. La convección y la conducción requieren materia para transferir calor. La radiación transfiere calor a través del espacio en forma de energía, como ondas. Aunque estos tres métodos de transferencia de calor implican principios diferentes, todos pueden entenderse basándose en la física del calor o energía térmica.
La materia está formada por partículas que interactúan entre sí para transferir energía térmica. Cuando un material con una temperatura más alta entra en contacto con un material de temperatura más baja, el calor fluye del material más caliente al más frío. Este proceso continuará hasta que los dos materiales estén a la misma temperatura y hayan alcanzado un estado de equilibrio térmico.
En la conducción, una pieza de materia más caliente entra en contacto con una pieza de materia más fría y el calor fluye de la región más caliente a la más fría. El calor se conduce porque las partículas que se mueven rápidamente de la materia más caliente transfieren energía a las moléculas más frías y que se mueven más lentamente de la materia más fría. La capacidad de un material para conducir calor depende de su estructura molecular y consistencia. Por ejemplo, los metales son mejores conductores de calor que la madera y los sólidos son mejores conductores de calor que los líquidos.
La convección transfiere calor según un principio diferente de movimiento de partículas. Cuando las partículas poseen una gran cantidad de energía térmica, esta energía hace que se muevan más rápido y se extiendan, haciendo que el material sea menos denso. Las partículas en una región más fría tienen menos energía y se mueven lentamente, lo que lleva a una mayor densidad. En fluidos y gases, este principio da como resultado que las regiones más frías del material se hundan hasta el fondo, mientras que las regiones más calientes se elevan hacia la parte superior.
Una corriente se forma por la circulación de fluido o gas en este patrón. A esto se le llama corriente de convección. En la atmósfera, por ejemplo, el aire frío se hunde mientras que el aire caliente se eleva produciendo circulación.
El tercer método de transferencia de calor, la radiación, no requiere materia y no depende de la interacción de las partículas. Un ejemplo es la radiación solar. El calor del sol llega a la tierra a pesar de viajar a través del vacío del espacio. En el caso de la radiación, la energía térmica existe en forma de ondas. Es un tipo de radiación electromagnética, como la luz visible.
Los átomos absorben la energía de la radiación a través de sus electrones, que utilizan la energía para moverse a un nivel superior dentro del átomo. Esta energía puede volver a emitirse cuando el electrón cae a su nivel original. La temperatura de un objeto en presencia de radiación depende de cuánta energía absorbe frente a cuánta emite, por lo que un objeto que absorbe más energía de la que emite aumentará de temperatura.