Der Wärmestrom bezeichnet den Fluss von Wärmeenergie. Manchmal auch als Wärmefluss bezeichnet, ist dies die berechnete Durchflussrate der Wärmeenergie über eine bestimmte Oberfläche, während sie von Ort zu Ort fließt. Wie bei anderen Energieformen fließt Wärme durch Leitung und Konvektion in Richtung des potentiellen Energieabfalls – Temperatur bei Wärmeenergie.
Wenn Wissenschaftler den Wärmefluss messen, messen sie zunächst die Temperatur an zwei Stellen, zwischen denen die Wärmeenergie übertragen wird. Wärme fließt wie alle Energieformen vom hohen zum niedrigen Potential – von hoher zu niedriger Temperatur. Je schneller sich die Atome oder Moleküle eines Mediums bewegen und schwingen, desto höher ist die Temperatur dieses Mediums und desto größer ist der Druck, der die Strömung in Bereiche mit geringerer Bewegung und geringerem Druck erzwingt. Der Wärmefluss gleicht als Reaktion auf Temperaturunterschiede im Laufe der Zeit die Temperatur aus und nähert sich einem Zustand, in dem die Temperaturen aufhören zu variieren und die Wärme nicht mehr fließt – ein Zustand, der als thermisches Gleichgewicht bekannt ist.
Bei einem ausreichend großen Flüssigkeitsvolumen, wie einer Flüssigkeit oder einem Gas, erfolgt der Wärmefluss hauptsächlich durch Konvektion, durch die Diffusion von Atomen und Molekülen. Wärme fließt von Volumen, in denen sich Partikel schnell bewegen, zu Volumen, in denen sich Partikel langsam bewegen. Fluidpartikel bewegen sich in kalte Regionen, in denen mehr Raum zwischen sich langsamer bewegenden Partikeln vorhanden ist. Da sich Atome in Festkörpern nicht bewegen können, wird die Wärme durch die Schwingungen von Atomen oder Molekülen in ihren eingeschränkten Gittern geleitet, mit weiterer Energieverteilung aufgrund der Bewegung freier Elektronen. Da die Bewegung freier Elektronen auch ein Merkmal der elektrischen Leitung ist, sind gute Stromleiter auch gute Wärmeleiter.
Der Wärmestrom aufgrund von Temperaturunterschieden wird als sensibler Wärmestrom bezeichnet, im Gegensatz zum latenten Wärmestrom, der sich auf den Wärmefluss aufgrund von Phasenänderungen im Medium bezieht. Der kritische Wärmestrom ist die Wärmemenge, die in einer bestimmten Zeit durch eine gegebene Oberfläche gepumpt werden kann, in der sich die Strömungseigenschaften des Mediums ändern – beispielsweise eine Zustandsänderung. Wenn ein Material fest wird, enthält es Energie, die seine Gitterstruktur einschränkt. Bei einem kritischen Wärmefluss, wenn eine gewisse Wärmemenge in das Material gepumpt wird, erreicht es seinen Schmelzpunkt oder seine Gasübergangstemperatur, und diese Bindungsenergie wird als latente Wärme freigesetzt.