Toplotna prevodnost se nanaša na prenos toplotne energije zaradi predmeta z različnimi temperaturami. Za prenos toplotne energije s prevodnostjo ne bi smelo biti premikanja predmeta kot celote. Toplotna energija se vedno premika od tiste z višjo koncentracijo v nižjo koncentracijo – to je iz vroče v hladno. Če je torej en del predmeta vroč, se toplota prek toplotne prevodnosti prenese na hladnejši del tega predmeta. Toplotna prevodnost bo potekala tudi, če se dva različna predmeta različnih temperatur dotikata drug drugega.
Delci – kot so atomi in molekule – predmeta z visoko toplotno energijo se bodo premikali hitreje kot delci z nizko toplotno energijo. Ko se delci segrejejo, se lahko premikajo in trkajo drug ob drugega ter tako prenašajo energijo. V primeru številnih trdnih snovi delci vibrirajo hitreje, zaradi česar vibrirajo okoliški delci. Pri prenosu toplotne energije se bodo hitreje premikajoči se delci upočasnili in tako postali hladnejši, počasneje gibajoči se delci pa se bodo gibali hitreje in tako postali toplejši. To se bo nadaljevalo, dokler objekt ne doseže toplotnega ravnovesja.
Primer toplotne prevodnosti je kovinski lonec na štedilniku. Delci toplotnega vira se bodo premikali in prenašali toplotno energijo na delce kovine, zaradi česar se bodo premikali hitreje. Ker se delci v loncu premikajo hitreje, lonec postane toplejši. Poleg tega bodo delci v loncu svojo toploto prenesli na hrano ali tekočino v loncu. To omogoča, da se hrana kuha ali tekočina zavre.
Hitrost, s katero predmet prenaša toploto s prevodnostjo, se imenuje toplotna prevodnost. Predmet z nizko prevodnostjo prenaša toploto počasneje kot predmet z visoko prevodnostjo. Zato se nekatere snovi uporabljajo kot izolatorji, druge pa v aplikacijah, kot je kuhanje. Na splošno so trdne snovi boljši prevodniki toplote kot tekočine in plini. Poleg tega so kovine običajno boljši toplotni prevodniki kot nekovinske snovi.
Toplotna prevodnost, ki jo povzročajo premikajoči se elektroni, je učinkovitejša od prevodnosti, ki jo povzročajo vibracije. Razlog, da so kovine tako dobri prevodniki toplote in električne energije, je, ker imajo veliko elektronov, ki se lahko premikajo. Vendar pa elektroni na splošno ne gredo zelo daleč pri prevajanju toplotne energije, temveč trčijo v in prenašajo toplotno energijo na druge elektrone v bližini, ki lahko nato trčijo in prenesejo toplotno energijo v druge elektrone v njihovi bližini. Rezultat je učinkovit način prenosa energije, ki daje takšnim snovem visoko toplotno prevodnost.