Lämpövirta viittaa lämpöenergian virtaukseen. Joskus sitä kutsutaan lämpövirtaksi, se on lämpöenergian laskettu virtausnopeus tietyn pinnan poikki, kun se virtaa paikasta toiseen. Kuten muutkin energiamuodot, lämpö virtaa johtamisen ja konvektion avulla mahdollisen energianpudotuksen suuntaan – lämpöenergian tapauksessa lämpötila.
Kun tutkijat mittaavat lämmön virtausta, he ottavat ensin näytteen lämpötilasta kahdessa paikassa, joiden välillä lämpöenergiaa siirretään. Lämpö, kuten kaikki energiamuodot, virtaa korkeasta matalaan potentiaaliin – korkeasta matalaan lämpötilaan. Mitä nopeammin väliaineen atomit tai molekyylit liikkuvat ja värisevät, sitä korkeampi kyseisen väliaineen lämpötila on ja sitä suurempi paine pakottaa virtauksen kohti alueita, joissa liike on vähemmän ja paine vähemmän. Lämpövirta tasapainottaa lämpötilat ajan mittaan lämpötilaerojen perusteella ja lähestyy tilaa, jossa lämpötilat lakkaavat vaihtamasta ja lämpö lakkaa virtaamasta – tilaa, joka tunnetaan termisenä tasapainona.
Kun otetaan huomioon riittävän suuri nestetilavuus, kuten neste tai kaasu, lämpövirta tapahtuu enimmäkseen konvektion kautta, atomien ja molekyylien diffuusion kautta. Lämpö virtaa tilavuuksista, joissa hiukkaset liikkuvat nopeasti, tilavuuksiin, joissa hiukkaset liikkuvat hitaasti. Nestehiukkaset siirtyvät kylmille alueille, joissa hitaammin liikkuvien hiukkasten välillä on enemmän tilaa. Koska atomit eivät voi liikkua kiinteissä aineissa, lämpöä johtavat atomien tai molekyylien värähtelyt niiden rajoitetuissa ristikoissa, jolloin energia jakautuu edelleen vapaiden elektronien liikkeen vuoksi. Koska vapaiden elektronien liike on myös ominaista sähkönjohtavuudelle, hyvät sähkönjohtimet ovat myös hyviä lämmönjohtimia.
Lämpötilaeroista johtuvaa lämpövirtaa kutsutaan järkeväksi lämpövirraksi, toisin kuin piilevä lämpövirta, joka viittaa väliaineen faasimuutoksista johtuvaan lämmön virtaukseen. Kriittinen lämpövirta on lämpömäärä, joka voidaan pumpata tietyn pinnan läpi tietyn ajan kuluessa, jolloin väliaineen virtausominaisuudet muuttuvat – esimerkiksi tilan muutos. Kun materiaalista tulee kiinteää, se sisältää energiaa, joka rajoittaa sen hilarakennetta. Kriittisessä lämpövirrassa, kun tietty määrä lämpöä pumpataan materiaaliin, se saavuttaa sulamispisteen tai kaasun siirtymälämpötilan ja tämä sidosenergia vapautuu piilevänä lämmönä.