Tepelná izolácia je široký pojem zahŕňajúci akýkoľvek materiál alebo systém používaný na zníženie rýchlosti prenosu tepla medzi dvoma prostrediami, pričom funguje na princípe obmedzenia vedenia, konvekcie a žiarenia. Jej aplikácie sú rozsiahle a zahŕňajú stavebníctvo, priemyselné procesy, letecký priemysel a spotrebný tovar. Účinnosť tepelnej izolácie sa hlavne vyjadruje jej tepelnou vodivosťou (hodnota k alebo lambda-hodnota), pričom nižšie hodnoty označujú lepšiu izolačnú schopnosť. Bežné materiály zahŕňajú vláknité látky ako sklenená vata a kamenná vata, ktoré zachytávajú vzduch; bunkové materiály ako polystyrén a penový polyuretán, ktoré obsahujú bunky naplnené plynmi; a odrazové izolácie ako fóliové bariéry, ktoré primárne zabraňujú prenosu tepelného žiarenia. Voľba izolácie závisí výrazne od prevádzkového teplotného rozsahu. Pre nízke teploty (napr. chladenie, chladiarenské úložiská) sú kritické materiály s nízkou priepustnosťou pre vodnú paru, aby sa zabránilo kondenzácii a tvorbe námrazy. Pre vysoké teploty (napr. priemyselné pece, výfukové systémy) sú nevyhnutné materiály ako keramické vlákenné deky alebo dosky zo silikátu vápenatého, ktoré vydržia extrémne teploty bez degradácie. Okrem tepelnej účinnosti patria k dôležitým vlastnostiam aj odolnosť voči ohňu, často klasifikovaná podľa systémov ako Euroclass alebo ASTM E84, akustický výkon, tlaková pevnosť a environmentálny dopad z hľadiska obsiahnutej energie a recyklovateľnosti. V oblasti stavebnej fyziky je správna inštalácia rozhodujúca; dokonca aj najlepšia izolácia môže zlyhať, ak nie je inštalovaná nepretržite a ak je stlačená, má medzery alebo prerušenia, ktoré vytvárajú tepelné mosty. Tepelná izolácia teda nie je len produkt, ale integrovaný systém, ktorý je nevyhnutný pre úsporu energie, efektivitu procesov, bezpečnosť a komfort, pričom jeho výber a realizácia si vyžadujú starostlivé zváženie konkrétnych fyzikálnych a environmentálnych podmienok danej aplikácie.