El balance de calor se logra cuando la cantidad de calor que ingresa a un sistema es igual a la cantidad de calor que lo abandona. La temperatura general de un sistema en equilibrio térmico permanece estable a lo largo del tiempo. En algunos casos, se puede utilizar en su lugar el término balance energético. Los sistemas en los campos de la biología, geología, fabricación y diseño de naves espaciales a menudo deben mantenerse a temperaturas estables para que funcionen correctamente.
La homeostasis en animales incluye el concepto de mantener la temperatura interna del animal relativamente estable. En muchos organismos, incluidos los mamíferos y las aves, la cantidad de calor que existe dentro del organismo debe permanecer constante porque incluso las fluctuaciones leves de calor pueden provocar la muerte del organismo. Los animales pierden calor a través de su piel y generan calor a través de su metabolismo para compensar el aumento y la disminución de las temperaturas externas. Cuando la cantidad de calor que irradia el animal y la cantidad de calor generado o absorbido por el animal son relativamente iguales, ese animal se encuentra en un estado de equilibrio térmico.
En geología, el término balance de calor se refiere a la cantidad de calor absorbido y liberado por un planeta entero. Un planeta es calentado por el sol y, en pequeña medida, por la liberación de magma del núcleo del planeta. El planeta irradia parte de ese calor de regreso al espacio. El balance de calor es un concepto importante desde el punto de vista geológico porque si el planeta no se encuentra en un estado de equilibrio relativo con respecto al calor, las temperaturas medias pueden subir o bajar, creando un calentamiento global o un enfriamiento global. Incluso un ligero cambio en el balance de calor de un planeta puede afectar a los organismos que lo habitan.
El balance de calor es un concepto importante en ingeniería porque muchas máquinas solo funcionarán dentro de un cierto rango de temperaturas. Los dispositivos llamados disipadores de calor se utilizan para ayudar a irradiar el exceso de calor de los componentes eléctricos para que las máquinas puedan mantener una temperatura estable. Del mismo modo, las naves espaciales deben mantener temperaturas relativamente estables pero están expuestas a más calor a medida que se mueven hacia una fuente de calor, como el sol o un planeta. Diseñar estas naves con sistemas de equilibrio de calor adaptables les permite seguir funcionando mientras viajan por el espacio.
Cuando los ingenieros diseñan fábricas, se debe tener en cuenta el balance de calor de las operaciones de la fábrica. En muchos casos, el calor se emite desde una fábrica en forma de humo o vapor. Esto puede desperdiciar energía que la fábrica podría reciclar, lo que ayuda a reducir el costo de operación. Una fábrica con un buen equilibrio térmico encuentra un uso para la mayor parte del calor adicional que genera.