Pour être un bon isolant thermique, un matériau doit être résistant à la conduction, à la convection et au rayonnement de la chaleur. Un bon isolant est fait d'un matériau opaque et non métallique sans structure cristalline, et ses propriétés isolantes peuvent être améliorées en créant de petites poches d'air à l'intérieur de sa structure.
La raison pour laquelle les métaux conduisent si bien la chaleur est que les atomes métalliques ont une mauvaise emprise sur leurs électrons les plus externes. Cela permet aux électrons de passer facilement d'un atome à un autre et ils transportent de l'énergie lorsqu'ils se déplacent. Lorsqu'une extrémité d'un objet métallique est chauffée, cette augmentation de température excite les électrons et les fait circuler, transportant la chaleur le long de l'objet et le chauffant uniformément. Les matériaux isolants tels que les plastiques résistent au flux d'électrons, réduisant le flux de chaleur à travers le matériau.
Les poches d'air sont un autre moyen d'augmenter l'isolation. Dans des circonstances normales, l'air peut transmettre de la chaleur par convection, des flux d'air créés par des différences de température et de pression. Cependant, si les poches d'air à l'intérieur d'un matériau sont séparées les unes des autres, ces flux ne peuvent pas se produire. La chaleur ne peut pas non plus conduire à travers l'air emprisonné, ce qui réduit sa capacité à s'écouler à travers le matériau. Les manteaux d'hiver et autres vêtements isolants utilisent souvent cette technique, tout comme les matériaux isolants à l'intérieur des murs et des greniers des maisons d'habitation.
