Lämmönjohtamisella tarkoitetaan lämpöenergian siirtoa esineen takia, jonka lämpötilat vaihtelevat. Lämpöenergian siirtämiseksi johtumista käyttämällä esineen ei pitäisi liikkua kokonaisuutena. Lämpöenergia siirtyy aina korkeammasta pitoisuudesta pienempään – eli kuumasta kylmään. Siksi, jos jokin esineen osa on kuuma, lämpö siirtyy lämmönjohtamisen kautta kohteen viileämpään osaan. Lämmönjohtaminen tapahtuu myös, jos kaksi eri lämpötilan omaavaa objektia koskettavat toisiaan.
Suuren lämpöenergian kohteen hiukkaset – kuten atomit ja molekyylit – liikkuvat nopeammin kuin pienen lämpöenergian omaavan esineen hiukkaset. Kun hiukkasia kuumennetaan, ne voivat joko liikkua ja törmätä toisiinsa, jolloin energia siirtyy. Monien kiinteiden aineiden tapauksessa hiukkaset värisevät nopeammin, jolloin ympäröivät hiukkaset värisevät. Kun lämpöenergiaa siirretään, nopeammin liikkuvat hiukkaset hidastuvat ja muuttuvat siten viileämmiksi ja hitaammin liikkuvat hiukkaset liikkuvat nopeammin ja muuttuvat siten lämpimämmiksi. Tämä jatkuu, kunnes kohde saavuttaa lämpötilan.
Esimerkki lämmönjohtavuudesta on liesi metallipata. Lämmönlähteen hiukkaset liikkuvat ja siirtävät lämpöenergiaa metallin hiukkasiin, jolloin ne liikkuvat nopeammin. Kun ruukussa olevat hiukkaset liikkuvat nopeammin, ruukku lämpenee. Lisäksi ruukussa olevat hiukkaset siirtävät lämmönsä ruuan tai nesteen sisään. Näin ruoka kypsyy tai neste kiehuu.
Nopeutta, jonka kohde siirtää lämpöä johtumisen kautta, kutsutaan lämmönjohtavuudeksi. Kohde, jolla on alhainen johtavuus, siirtää lämpöä hitaammin kuin korkea johtavuus. Siksi joitakin aineita käytetään eristeinä, kun taas toisia käytetään sovelluksissa, kuten ruoanlaitossa. Yleensä kiinteät aineet ovat parempia lämmönjohtimia kuin nesteet ja kaasut. Lisäksi metallit ovat yleensä parempia lämmönjohtimia kuin ei-metalliset aineet.
Liikkuvien elektronien aiheuttama lämmönjohtavuus on tehokkaampaa kuin tärinän aiheuttama johtuminen. Syy siihen, että metallit ovat niin hyviä lämmön- ja sähkönjohtajia, on se, että niissä on paljon elektroneja, jotka pystyvät liikkumaan. Elektronit eivät kuitenkaan yleensä mene kovin pitkälle, kun ne johtavat lämpöenergiaa, vaan törmäävät ja siirtävät lämpöenergiaa muihin lähellä oleviin elektroneihin, jotka voivat sitten törmätä ja siirtää lämpöenergiaa muihin lähellä oleviin elektroneihin. Tuloksena on tehokas energiansiirtomenetelmä, joka antaa tällaisille aineille korkean lämmönjohtavuuden.