Strålning, konvektion och ledning är tre olika sätt på vilka värme kan överföras. Konvektion och ledning kräver materia för att överföra värme. Strålning överför värme genom rymden i form av energi, som vågor. Även om dessa tre metoder för värmeöverföring involverar olika principer, kan de alla förstås utifrån värmens fysik, eller termisk energi.
Materia består av partiklar, som interagerar med varandra för att överföra värmeenergi. När ett material med högre temperatur kommer i kontakt med ett material med lägre temperatur flyter värme från det varmare till det kallare materialet. Denna process kommer att fortsätta tills de två materialen har samma temperatur och har nått ett tillstånd av termisk jämvikt.
Vid ledning kommer en varmare del av materia i kontakt med en kallare del av materia, och värme strömmar från det varmare till det kallare området. Värmen leds eftersom snabbrörliga partiklar av det varmare materialet överför energi till de kallare, långsammare rörliga molekylerna av det kallare materialet. Ett materials förmåga att leda värme beror på dess molekylära struktur och konsistens. Till exempel är metaller bättre värmeledare än trä, och fasta ämnen är bättre värmeledare än vätskor.
Konvektion överför värme baserat på en annan princip för partikelrörelse. När partiklar har en stor mängd termisk energi får denna energi att de rör sig snabbare och sprids ut, vilket gör materialet mindre tätt. Partiklar i en kallare region har mindre energi och rör sig långsamt, vilket leder till större densitet. I vätskor och gaser resulterar denna princip i att kallare områden av materialet sjunker till botten, medan varmare områden stiger till toppen.
En ström bildas av cirkulationen av vätska eller gas i detta mönster. Detta kallas en konvektionsström. I atmosfären sjunker till exempel kall luft medan varm luft stiger upp och skapar cirkulation.
Den tredje metoden för värmeöverföring, strålning, kräver ingen materia och beror inte på interaktionen mellan partiklar. Ett exempel är solstrålning. Värme från solen når jorden trots att den färdas genom rymdens vakuum. När det gäller strålning finns termisk energi i form av vågor. Det är en typ av elektromagnetisk strålning, som synligt ljus.
Atomer absorberar strålningsenergin genom sina elektroner, som använder energin för att flytta till en högre nivå inom atomen. Denna energi kan sändas ut igen när elektronen faller till sin ursprungliga nivå. Temperaturen på ett föremål i närvaro av strålning beror på hur mycket energi det absorberar kontra hur mycket det avger, så ett föremål som absorberar mer energi än det avger kommer att stiga i temperatur.