Ein Überhitzer ist ein Gerät in Dampfkesseln, das verwendet wird, um nassen, gesättigten Dampf in trockenen Dampf umzuwandeln. Überhitzer sind ein sehr vorteilhafter Teil des Dampfkreislaufs, da trockener Dampf mehr Wärmeenergie enthält und die Gesamteffizienz des Kreislaufs erhöht. Darüber hinaus ist es weniger wahrscheinlich, dass trockener Dampf in den Zylindern eines Hubkolbenmotors oder im Gehäuse einer Dampfturbine kondensiert. Kesselüberhitzer gibt es in drei Varianten: Strahlungsüberhitzer, Konvektionsüberhitzer und separat befeuerte Überhitzer.
Strahlungsüberhitzer befinden sich direkt in der Brennkammer des Kessels selbst. Durch diese Anordnung kann der Brenner vom Kessel aus sowohl die Kesselrohre als auch die Überhitzerrohre beheizen, wodurch Strahlungsüberhitzer hochwirksame Geräte werden. Diese sind am häufigsten in Dampfkraftwerken zu finden und wurden auch häufig in Dampfautos verwendet. Sowohl in Dampfautos als auch in Kraftwerkskesseln befanden sich die Überhitzerrohre – manchmal auch als Verdampferschlangen bezeichnet – direkt auf dem Brenner. Üblicherweise wird Dampf durch den Überhitzer geleitet, nachdem er durch die Drossel eingelassen wurde.
Konvektionsüberhitzer sind am häufigsten bei Lokomotiven zu finden. Ähnlich wie bei einem Konvektionsofen nutzt dieser Überhitzer die heißen Gase des Brenners, um den Dampf wieder zu erhitzen. Ein Konvektionsüberhitzer kann äußerst effizient sein, da der größte Teil der Wärmeenergie nur an die Kesselrohre abgegeben wird und das, was normalerweise Abgas wäre, stattdessen die Überhitzerrohre erhitzt. Diese sind auch in Kraftwerken zu finden, wurden aber meist in Dampflokomotiven eingesetzt.
Bei Dampflokomotiven unterscheiden sich Konvektionsüberhitzer geringfügig von denen, die man in stationären Dampfkraftwerken findet. Beide verwenden das gleiche Prinzip der Nutzung von Heißgasen, aber die Überhitzer von Lokomotiven sind normalerweise etwas vom Kessel selbst getrennt. Stattdessen werden sie vor dem Kessel positioniert und heiße Gase aus den Kesselrohren gehen durch die Rohre des Überhitzers.
Überhitzer haben viele Vorteile, von denen der reduzierte Kraftstoffverbrauch und die höhere Effizienz die bemerkenswertesten sind. Der einzige Nachteil sind erhöhte Wartungskosten, aber Überhitzer werden im Allgemeinen immer noch als zusätzliche Kosten angesehen. Ein weiterer Nachteil von Überhitzern findet sich fast ausschließlich bei Lokomotiven mit Flammrohrkesseln. Ohne ordnungsgemäße und regelmäßige Wartung können die Leitungen im Überhitzer reißen. Bei einem Rohrbruch könnte Hochdruckdampf durch die Öffnung in die Feuerbüchse der Lokomotive entweichen, und ein solches Ereignis würde das Personal im Lokführerhaus ernsthaft gefährden.