Перенос теплоты является сложным процессом, по этом при изучении тепловых процессов его расчленяют на более простые явления. Различают три вида переноса теплоты: теплопроводность, тепловое излучение и конвекция.
Теплопроводность – это перенос тепла вследствие беспорядочного теплового движения микрочастиц, непосредственно соприкасающихся друг с другом. Для газов и жидкостей такими микрочастицами являются молекулы и атомы. Для твёрдых тел механизм передачи тепла – колебания атомов и ионов в кристаллической решётке. В твёрдых телах теплопроводность является обычно основным видом распространения тепла.
Тепловое излучение – это процесс распространения энергии с помощью электромагнитных колебаний. Источником этих колебаний являются заряженные частицы – электроны и ионы, входящие в состав излучающего вещества. Твёрдые тела и жидкости излучают волны всех длин, т.е. дают сплошной спектр излучения. При переносе теплоты излучением тепловая энергия вначале превращается в лучистую, а затем обратно: встречая на своем пути какое-либо тело, лучистая превращается в тепловую.
Конвекция – это перенос тепла за счёт макроскопических объёмов жидкости или газа. Если массовое перемещение жидкости или газа вызвано разностью плотностей в различных точках жидкости или газа (вследствие разности температур в этих точках), такую конвекцию называют естественной. Если же перемещение жидкости или газа возникает вследствие затраты на это механической энергии (насос, мешалка и т.д.), такую конвекцию называют вынужденной, или принудительной.
Обычно в теплообменниках происходит сочетание рассмотренных видов переноса теплоты, причём в разных частях аппарата это сочетание может происходить по разному. Например, в паровом котле от топочных газов к поверхности кипятильных трубок теплота передаётся всеми видами переноса – тепловым излучением, конвекцией, теплопроводностью; от внешней поверхности через слой сажи, металлическую стенку и слой накипи – только теплопроводностью, и, наконец, от внутренней поверхности к кипящей воде теплота передаётся в основном конвекцией.