Lämmönvaihdin on erikoislaite, joka auttaa lämmön siirtämisessä nesteestä toiseen. Joissakin tapauksissa kiinteä seinä voi erottaa nesteet ja estää niiden sekoittumisen. Muissa malleissa nesteet voivat olla suorassa kosketuksessa toisiinsa. Tehokkaimmissa lämmönvaihtimissa nesteiden välinen seinämän pinta -ala maksimoidaan ja minimoidaan samanaikaisesti nesteen virtausvastus. Eviä tai aallotuksia käytetään joskus seinän kanssa pinta -alan lisäämiseksi ja turbulenssin aikaansaamiseksi.
Yleisiä lämmönvaihdinta sisältäviä laitteita ovat ilmastointilaitteet, jääkaapit ja tilanlämmittimet. Näitä laitteita käytetään myös kemiallisessa käsittelyssä ja sähköntuotannossa. Ehkä tunnetuin lämmönvaihdin on auton jäähdytin, joka jäähdyttää kuuman jäähdyttimen nesteen hyödyntämällä ilmavirtaa jäähdyttimen pinnan yli.
Lämmönvaihtimilla on kolme ensisijaista virtausjärjestelyä: vastavirta, rinnakkaisvirta ja ristivirtaus. Vastavirtausvaihtimessa nesteet tulevat lämmönvaihtimeen vastakkaisilta puolilta. Tämä on tehokkain rakenne, koska se siirtää eniten lämpöä. Rinnakkaisvirtausversiossa nesteet tulevat samasta päästä ja liikkuvat yhdensuuntaisesti toistensa kanssa, kun ne virtaavat toiselle puolelle. Ristivirtauslämmönvaihdin siirtää nesteitä kohtisuoraan.
Lämmönvaihtimia on myös neljä eri mallia: kuori ja putki, levy, regeneratiivinen ja väliaine tai kiinteä aine. Tyypillisin tyyppi on kuori ja putki. Tässä on useita lamelliputkia. Toinen nesteistä kulkee putkien läpi, kun taas toinen neste kulkee niiden yli aiheuttaen sen lämmityksen tai jäähdytyksen. Levylämmönvaihtimessa neste virtaa ohjauslevyjen läpi. Tämä aiheuttaa nesteiden erottamisen levyillä, joilla on suuri pinta -ala. Tämän tyyppinen lämmönvaihdin on tyypillisesti tehokkaampi kuin kuori ja putki.
Regeneratiivinen lämmönvaihdin hyödyntää tietyn prosessin lämpöä samassa prosessissa käytetyn nesteen lämmittämiseen. Nämä voidaan valmistaa kuori- ja putkisuunnittelulla tai levyllä. Välineste tai kiinteä lämmönvaihdin käyttää sen sisällä olevia nesteitä tai kiintoaineita lämmön pitämiseksi ja siirtämiseksi toiselle puolelle vapautumista varten. Tätä menetelmää käytetään yleisesti kaasujen jäähdyttämiseen ja epäpuhtauksien poistamiseen samanaikaisesti.