Het tegenstroomprincipe is een methode van overdracht of uitwisseling waarbij twee stromende substanties (lucht, water, andere gassen of vloeistoffen) elkaar in gescheiden kanalen in tegengestelde richting passeren. Warmteoverdracht of de overdracht van chemische substanties via een membraan kan zo efficiënter plaatsvinden en is veel vollediger.
Hoe groter een temperatuurverschil of een verschil in concentratie, hoe groter de overdracht zal zijn. Voor warmteoverdracht geldt de koelwet van Newton dat de overdracht evenredig is aan het temperatuurverschil. Bij mee-stroom is het verschil aanvankelijk groot, maar aan het einde klein. Bij tegenstroom blijft het verschil constanter, wat de overdracht efficiënter maakt.
Beenvisachtigen maken gebruik van het tegenstroomprincipe bij de kieuwen, waarbij de bloedsomloop tegengesteld loopt aan het water dat door de kieuwen wordt geperst. Sommige zoogdieren beschikken over een rete mirabile in de halsslagader die volgens dit principe als warmtewisselaar werkt voor de hersenen.