Tepelná izolácia označuje širokú škálu materiálov a techník používaných na obmedzenie toku tepelnej energie, čím sa udržiavajú rozdiely teplôt medzi susediacimi priestormi. Jej základnou úlohou je zvyšovať energetickú účinnosť, zabezpečovať stabilitu procesov, zlepšovať bezpečnosť a poskytovať pohodlie vo veľkom množstve odvetví priemyslu. Veda stojaca za týmto konceptom sa zaoberá potláčaním troch spôsobov prenosu tepla: vedenia (cez tuhé materiály alebo statické tekutiny), prúdenia (cez pohybujúce sa tekutiny alebo plyny) a žiarenia (elektromagnetickými vlnami). Izolačné materiály to dosahujú štruktúrami, ktoré obsahujú nehybný vzduch alebo iné plyny vo vnútri pórovitej, vláknitej alebo bunkovej matrice, keďže nehybný vzduch je zlým vodičom tepla (hodnota k ~0,026 W/m·K). Účinnosť sa meria tepelnou vodivosťou (hodnota k), pričom bežné stavebné izolácie ako EPS, XPS a minerálna vlna majú hodnoty od 0,030 do 0,040 W/m·K. Celkový odpor voči prenosu tepla je opísaný hodnotou R, ktorá sa rovná hrúbke delenej hodnotou k. Hlavné aspekty pri výbere tepelnej izolácie siahajú ďaleko za samotnú hodnotu R a zahŕňajú faktory ako požiarna odolnosť (horľavosť, toxicita dymu), odolnosť voči vlhkosti (ktorá môže výrazne znížiť výkon, ak je materiálom absorbovaná), dimenzionálnu stabilitu, mechanickú pevnosť a trvanlivosť počas celej životnosti výrobku. Vo stavbách predstavuje kritickú súčasť obálky budovy a pracuje v súlade s vzduchotesnými a parotesnými bariérami, aby vytvorila pohodlné, trvalé a energeticky účinné prostredie. V priemyselnom kontexte šetrí energiu v potrubí a nádobách, chráni personál pred popáleninami a udržiava požadované teploty procesov. Súčasný vývoj tepelnej izolácie sa zameriava na dosiahnutie vyššieho výkonu prostredníctvom nanotechnológií (napr. aerogely), zlepšenie udržateľnosti pomocou biologických a recyklovaných materiálov a rozšírenie multifunkčnosti, napríklad integráciou materiálov s fázovou zmenou na zvýšenie tepelnej hmoty.