วิศวกรรมความร้อนเป็นสาขาวิชาวิศวกรรมที่ครอบคลุมเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับระบบทำความร้อนและความเย็นการถ่ายเทความร้อนและกลศาสตร์ของไหล เครื่องมือที่ควบคุมอุณหภูมิมีความจำเป็นในหลายพื้นที่รวมถึงอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า อุตสาหกรรมยานยนต์ และอุตสาหกรรมเครื่องทำความร้อนระบายอากาศและเครื่องปรับอากาศ (HVAC) หลักการของวิศวกรรมความร้อนก็มีความสำคัญต่อการทำงานของยานพาหนะและเครื่องจักรอื่น ๆ
การถ่ายเทความร้อนเป็นข้อกังวลหลักในสาขาวิศวกรรมความร้อน การถ่ายโอนพลังงานในรูปของความร้อนในพื้นที่ทางกายภาพที่แตกต่างกันคือเครื่องถ่ายโอนความร้อน เมื่อพื้นที่ที่มีอุณหภูมิสูงอยู่ถัดจากพื้นที่ที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าความร้อนจะไหลจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า หลักการนี้รู้จักในนามการนำไฟฟ้าในการตั้งค่าทางวิศวกรรมความร้อนเพื่อเพิ่มหรือลดอุณหภูมิของระบบ ตัวอย่างเช่นฉนวนกันความร้อนช่วยลดการนำความร้อนและทำให้บริเวณอุณหภูมิมีความแตกต่างกัน
การให้ความร้อนและความเย็นของของเหลวเป็นสิ่งสำคัญในหลาย ๆ อุตสาหกรรมและถือเป็นอีกสาขาหนึ่งของวิศวกรรมความร้อน วิศวกรในสาขานี้จะต้องเข้าใจพลวัตของของไหลด้วย สารหล่อเย็น (Coolant) เป็นสารทำความเย็นใช้สำหรับลดอุณหภูมิของกระบวนการและป้องกันความร้อนสูงเกินไป การต้มเป็นวิธีการอื่นที่ใช้ในการสร้างไอซึ่งอาจจะควบแน่นในการกลั่นผลิตภัณฑ์เคมี การศึกษากระบวนการเหล่านี้ช่วยวิศวกรด้านความร้อนกำหนดกฎเกณฑ์ที่เหมาะสมของอุณหภูมิในแต่ละกรณี
วิศวกรรมความร้อนมีการใช้งานนอกโรงงานอุตสาหกรรมด้วย ตัวอย่างคืออุตสาหกรรม HVAC ซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำความเย็นการระบายอากาศและการควบคุมอุณหภูมิภายในอาคาร อาคารสำนักงานในสภาพอากาศที่ร้อนและชื้นอาจต้องมีการระบายอากาศและเครื่องปรับอากาศเพื่อส่งเสริมการระบายความร้อนมากกว่าอาคารเดียวกันในสภาพอากาศหนาวเย็น สถานประกอบการเชิงพาณิชย์เช่นร้านอาหารอาจต้องใช้ระบบทำความเย็นที่กว้างขวางสำหรับการเก็บอาหาร ข้อพิจารณาทางเทคนิคทั้งหมดเหล่านี้จะอยู่ในขอบเขตของวิศวกรรมความร้อน
ในขนาดที่เล็กลงยานพาหนะเช่นรถยนต์ใช้วิศวกรรมความร้อนในการทำงานประจำวัน การทำความร้อนและความเย็นของรถถูกควบคุมโดยระบบการจัดการความร้อนที่รวมอยู่ในการออกแบบ การถ่ายเทความร้อนพลศาสตร์ของไหลและหลักการอื่น ๆ ของวิศวกรรมความร้อนทำงานในการระบายความร้อนของเครื่องยนต์และรักษาการไหลของน้ำมัน
วิศวกรรมความร้อนมีความสำคัญต่อการออกแบบของเครื่องจักรเกือบทุกชนิด องค์ประกอบเชิงกลและวงจรไฟฟ้าสร้างความร้อนระหว่างการทำงานและการสะสมความร้อนมักจะเป็นภัยคุกคามต่ออุปกรณ์ มีการเพิ่มกลไกการทำความเย็นซึ่งเป็นพัดลมหรือเครื่องหมุนเวียนของเหลวเพื่อชดเชยและช่วยควบคุมอุณหภูมิภายในของเครื่อง อุปกรณ์ที่ใช้หลักการนี้รวมถึงคอมพิวเตอร์และแบตเตอรี่รถยนต์
