Toplinska izolacija je širok pojam koji obuhvaća svaki materijal ili sustav koji se koristi za smanjenje brzine prijenosa topline između dva okruženja, djelujući na principima kojima se otežava vodljivost, konvekcija i zračenje. Njene primjene su vrlo raznolike, od građevinarstva do industrijskih procesa, zrakoplovne tehnike i potrošačkih proizvoda. Učinkovitost toplinske izolacije najčešće se mjeri toplinskom vodljivošću (k-vrijednost ili lambda-vrijednost), pri čemu niže vrijednosti ukazuju na bolje izolacijske sposobnosti. Uobičajeni materijali uključuju vlaknaste tvari poput staklene vune i kamene vune koje zarobljavaju zrak; staničaste materijale poput polistirena i poliuretanske pjene koji sadrže stanice ispunjene plinom; te reflektirajuće izolatore kao što su folijom obložene barijere koje se uglavnom bore protiv topline zračenja. Odabir izolacije u velikoj mjeri ovisi o radnom rasponu temperatura. Za niske temperature (npr. hlađenje, hladnjači), ključni su materijali s niskom propusnošću vodene pare kako bi se spriječila kondenzacija i stvaranje leda. Za visoke temperature (npr. industrijski pećnici, ispušni sustavi), potrebni su materijali poput ćebadi od keramičkih vlakana ili ploča od silikata kalcija koji mogu izdržati ekstremnu toplinu bez degradacije. Osim toplinskih svojstava, važne karakteristike uključuju otpornost na vatru, koja se često klasificira prema sustavima poput Euroclass ili ASTM E84, akustične performanse, tlačnu čvrstoću te utjecaj na okoliš u smislu sadržane energije i reciklažnosti. U građevinskoj fizici, pravilna instalacija je od presudne važnosti; čak i najbolja izolacija može neuspjeti ako nije postavljena kontinuirano i bez sabijanja, pukotina ili prodora koji stvaraju toplinske mostove. Stoga toplinska izolacija nije samo proizvod, već integrirani sustav koji je ključan za uštedu energije, učinkovitost procesa, sigurnost i udobnost, a za njezin odabir i implementaciju potrebno je pažljivo uzeti u obzir specifične fizičke i okolišne uvjete primjene.