Der er tre hovedmåder, der opstår varmeoverførsel:
* ledning: Dette sker, når to objekter er i direkte kontakt. Varmeenergien overføres gennem vibrationen af molekyler i det varmere objekt, som derefter får molekylerne i det køligere objekt til at vibrere hurtigere. Sådan opvarmes en metalske, når du lægger den i varm suppe.
* konvektion: Dette sker, når varmeenergi overføres af bevægelsen af væsker (væsker eller gasser). Den varmere væske bliver mindre tæt og stiger, mens de køligere væske synker. Dette skaber en bevægelsescyklus, der overfører varme. Et eksempel er, hvordan en radiator opvarmer et værelse.
* Stråling: Dette sker, når varmeenergi overføres gennem elektromagnetiske bølger, selvom der ikke er nogen medium til stede. Solens varme når jorden gennem stråling.
Alle tre af disse metoder arbejder sammen for at overføre varmeenergi fra varmere til køligere genstande, indtil de når termisk ligevægt, hvor de er på samme temperatur.