Warmteoverdracht, warmtetransport of warmtestroming is de flux (stroming) van energie in de vorm van warmte van locaties met een hogere temperatuur, naar locaties met een lagere temperatuur. Volgens de tweede wet van de thermodynamica is het tegenovergestelde (warmtestroom van lage naar hoge temperatuur) niet mogelijk. Warmte zal zich daarom altijd zo gelijk mogelijk over de ruimte verdelen. Anders gezegd streeft een thermodynamisch systeem naar zo groot mogelijke entropie.
In veel industriële processen speelt warmteoverdracht een grote rol. Dit kan het opwarmen en afkoelen van een materie door een andere materie zijn. In de procesindustrie wordt bijvoorbeeld met behulp van warmtewisselaars van deze energiestroom gebruikgemaakt. Warmteoverdracht kan worden gemeten met een warmtestroomsensor.