Vastavirta on erittäin tehokas, luonnossa esiintyvä ilmiö, joka liittyy lämmön tai kemian siirtymiseen nestekappaleiden välillä. Tämä prosessi tapahtuu johtavan pinnan läpi lämmön tapauksessa tai osittain läpäisevän kalvon kemiallisen vaihdon tapauksessa. Vastavirranvaihdoissa luovuttaja- ja vastaanottajaneste virtaavat aina vastakkaisiin suuntiin, mikä antaa prosessille sekä tehokkuuden että nimen. Vastavirranvaihtoa esiintyy monissa biologisissa järjestelmissä, kuten nisäkkäiden munuaisissa, lintujen keuhkoissa ja kalan kiduksissa, ja se on yleisesti käytetty teollinen kemiallinen ja lämmönsiirtojärjestelmä. Samanlainen järjestelmä on samanaikainen vaihtoprosessi, joka on vähemmän tehokas ja sisältää siirtoja samaan suuntaan virtaavien nesteiden välillä.
Lämpöenergian tai suspendoituneiden aineiden vaihto virtaavien nesteiden välillä on yleinen ilmiö sekä luonnossa että teollisuudessa. Nämä virranvaihdot voidaan jakaa kahteen ryhmään: samanaikaiseen ja vastavirtaan. Molemmat sisältävät lämmön tai suspendoituneiden kemikaalien vaihtamisen viereisissä astioissa virtaavien nesteiden välillä joko johtavien pintojen tai puoliläpäisevien kalvojen kautta. Kun nesteet virtaavat yhteisten alueidensa yli, lämpö ja kemikaalit virtaavat luonnollisesti korkeilta matalille alueille, kunnes tasapaino saavutetaan. Juuri tämä elementtisiirron ominaisuus tekee vastavirranvaihtomenetelmästä tehokkaamman näistä kahdesta.
Hapensiirtoprosessi kalan kiduksissa on hyvä esimerkki vastavirranvaihdon eduista. Kun happipitoinen veri kohtaa happea sisältävän veden vastakkaisen virtauksen, happi alkaa diffundoitua vedestä verenkiertoon. Tämä johtaa siihen, että hapen pitoisuus vedessä laskee ja veren pitoisuus nousee. Koska virtaussuunnat ovat vastakkaisia, veri virtaa aina veden yli, jossa on korkeampi happipitoisuus, ja vaihto jatkuu, kunnes virtaukset eroavat toisistaan. Samanaikaisissa virtauksissa molemmat nesteet virtaavat samaan suuntaan ja pitoisuuksien välinen suhde saavuttaa nopeasti tasapainon, mikä pysäyttää vaihdon tehokkaasti.
Tämä tarkoittaa, että toisin kuin rinnakkainen variantti, vastavirranvaihtojärjestelmät siirtävät edelleen asianomaisen elementin koko vaihtoalueelle tehokkuuden parantamiseksi. Tämä tehokkuus sallii yleensä 100%: n siirtoarvot, kun vastaanottajavirtaus poistuu järjestelmästä samalla lämpö- tai kemikaalipitoisuudella kuin luovuttajan virtaus. Samaa ei voida sanoa samanaikaisista vaihdoista, kun keskimääräiset siirtoarvot ovat noin 50%. Tämä tekee vastavirranvaihtomenetelmästä sopivan teollisille prosesseille, kuten regeneratiiviselle lämmönvaihdolle ja biologisille siirtomenetelmille, mukaan lukien munuaisten ja keuhkojen toiminnot.