El flujo de calor se refiere al flujo de energía térmica. A veces llamado flujo térmico, es la tasa de flujo calculada de energía térmica a través de una superficie específica a medida que fluye de un lugar a otro. Al igual que otras formas de energía, el calor fluye por conducción y convección en la dirección de la caída de energía potencial: temperatura en el caso de la energía térmica.
Cuando los científicos miden el flujo de calor, primero toman muestras de la temperatura en dos lugares entre los cuales se transfiere la energía térmica. El calor, como todas las formas de energía, fluye de alto a bajo potencial, de alta a baja temperatura. Cuanto más rápido se mueven y vibran los átomos o moléculas de un medio, mayor es la temperatura de ese medio y mayor es la presión que fuerza el flujo hacia áreas de menor movimiento y menor presión. El flujo de calor, en respuesta a las diferencias de temperatura a lo largo del tiempo, equilibra la temperatura y se acerca a un estado en el que las temperaturas dejan de variar y el calor deja de fluir, un estado conocido como equilibrio térmico.
Dado un volumen suficientemente grande de fluido, como un líquido o un gas, el flujo de calor se produce principalmente por convección, por difusión de átomos y moléculas. El calor fluye desde volúmenes donde las partículas se mueven rápidamente a volúmenes donde las partículas se mueven lentamente. Las partículas de fluido se mueven hacia las regiones frías donde hay más espacio entre las partículas de movimiento más lento. Dado que los átomos no pueden moverse en sólidos, el calor es conducido por las vibraciones de los átomos o moléculas en sus redes restringidas, con una mayor distribución de energía debido al movimiento de los electrones libres. Dado que el movimiento de electrones libres también es una característica de la conducción eléctrica, los buenos conductores de electricidad también son buenos conductores de calor.
El flujo de calor debido a las diferencias de temperatura se denomina flujo de calor sensible a diferencia del flujo de calor latente, que se refiere al flujo de calor debido a cambios de fase en el medio. El flujo de calor crítico es la cantidad de calor que se puede bombear a través de una superficie determinada en un período de tiempo determinado, en el que las características de flujo del medio cambian, por ejemplo, un cambio de estado. Cuando un material se vuelve sólido, incorpora energía que restringe su estructura de celosía. En el flujo de calor crítico, cuando se bombea una cierta cantidad de calor al material, éste alcanza su punto de fusión o temperatura de transición de gas, y esta energía de unión se libera como calor latente.