La distribution de l'énergie thermique dans un système détermine la direction du flux de chaleur. La chaleur circule des régions de haute énergie vers les régions de faible énergie jusqu'à ce que l'énergie dans les deux régions devienne la même.
La quantité d'énergie thermique d'une certaine masse ou volume de matériau s'appelle l'enthalpie, et elle est directement proportionnelle à la température du matériau. La chaleur s'écoule des régions à haute température vers les régions à basse température car l'enthalpie dans les régions à haute température est plus élevée que dans les régions à basse température. À mesure que la différence de température entre deux régions augmente, le débit de chaleur augmente en conséquence.
Le processus peut être comparé à une rampe, dans laquelle la différence entre les côtés de température supérieure et inférieure correspond respectivement aux côtés supérieur et inférieur de la rampe. À mesure que la pente de la rampe de gradient de température augmente, le flux de chaleur, assimilé à de l'eau ou à une balle descendant la rampe, augmente également.
Différents matériaux ont des conductivités thermiques différentes, ce qui fait que même lorsque la différence de température entre les régions de matériaux de forme identique, mais différents, est la même, la vitesse à laquelle la chaleur s'écoule à travers les deux matériaux n'est pas la même. En reprenant l'analogie de la rampe, cette conductivité thermique peut être assimilée à la rugosité ou à la régularité de la rampe. Les matériaux à haute conductivité thermique ont des rampes lisses, tandis que ceux à faible conductivité ont des rampes rugueuses.
