Izolacja termiczna odnosi się do zakresu materiałów i technik stosowanych w celu ograniczenia przepływu energii cieplnej, dzięki czemu utrzymywane są różnice temperatur między przylegającymi przestrzeniami. Jej podstawową rolą jest poprawa efektywności energetycznej, zapewnienie stabilności procesów, zwiększenie bezpieczeństwa oraz komfortu użytkowania w licznych branżach. Naukowe podstawy tego zjawiska obejmują przeciwdziałanie trzem sposobom przenoszenia ciepła: przewodnictwu (przez materiały stałe lub nieruchome płyny), konwekcji (przez poruszające się płyny lub gazy) oraz promieniowaniu (przez fale elektromagnetyczne). Materiały izolacyjne osiągają ten efekt dzięki strukturze zawierającej nieruchome powietrze lub inne gazy w porowatej, włóknistej lub komórkowej matrycy, ponieważ nieruchome powietrze słabo przewodzi ciepło (wartość k ~0,026 W/m·K). Wydajność izolacji mierzy się współczynnikiem przewodzenia ciepła (wartość k), przy czym typowe materiały izolacyjne stosowane w budownictwie, takie jak styropian (EPS), pianka polistyrenowa ekstrudowana (XPS) czy wełna mineralna, charakteryzują się wartościami od 0,030 do 0,040 W/m·K. Całkowity opór przepływowi ciepła opisuje wartość R, która jest równa grubości materiału podzielonej przez wartość k. Kluczowe aspekty brane pod uwagę przy wyborze izolacji termicznej wykraczają poza wartość R i obejmują takie czynniki jak właściwości ogniowe (palność, toksyczność dymu), odporność na wilgoć (która może znacząco obniżyć skuteczność izolacji, jeśli zostanie wchłonięta), stabilność wymiarową, wytrzymałość mechaniczną oraz trwałość w całym okresie użytkowania produktu. W budynkach stanowi ona kluczowy element powłoki budynku, współpracując z barierami przeciwpowietrznymi i paroprzepuszczalnymi, aby stworzyć komfortowe, trwałe i energooszczędne środowisko. W zastosowaniach przemysłowych służy oszczędzaniu energii w rurociągach i zbiornikach, ochronie personelu przed oparzeniami oraz utrzymaniu wymaganych temperatur procesowych. Bieżący rozwój izolacji termicznej koncentruje się na osiąganiu wyższej wydajności dzięki nanotechnologii (np. aerogelom), poprawie zrównoważoności poprzez zastosowanie materiałów biologicznych i wtórnych oraz zwiększaniu multifunkcyjności, np. poprzez integrację materiałów zmieniających fazę w celu zwiększenia masy termicznej.