Šilumos mokslas yra mokslinių tyrimų šaka, kuri nagrinėja būtent šilumą ir energiją per termodinamiką ir šilumos perdavimą. Šiluminiai mokslai naudojami daugelyje praktinių pritaikymų, tokių kaip šildymo sistemos, energijos gamyba ir eksperimentiniai. Šilumos mokslas paprastai laikomas inžinerijos šaka, nes praktikoje jį dažniausiai naudoja inžinieriai, kurie bando kurti saugesnes ir efektyvesnes šildymo ir energijos gamybos sistemas.
Šiluminiai mokslai pirmiausia nagrinėja termodinamiką, kuri yra fizikos šaka, apimanti kelis kintamuosius ir kaip jie sąveikauja formuodami šilumą ar energiją. Termodinamika tiria temperatūros, slėgio ir tūrio sąveiką sistemoje, sukuriant šilumą, energiją arba abu. Energijos metamorfozė, siekiant energijos ir šilumos, yra termodinamikos, kuri nurodo įrenginio energetinę išeigą kaip „darbą“, jėgą, reikalingą objektui perkelti, akcentą. Termodinamika, kaip ir dauguma mokslo disciplinų, vadovaujasi keliomis taisyklėmis.
Pirmoji taisyklė – iš sistemos neįmanoma išgauti daugiau energijos, nei įvedama, nes energiją galima tik paversti nauja forma, o ne sukurti ar sunaikinti. Antra, visos mašinos praras efektyvumą tarp įvesties ir išvesties energijos procese, vadinamame entropija, kai energija iš tikrųjų prarandama. Šios taisyklės reglamentuoja energijos konvertavimo sistemas nuo hidroelektrinių užtvankų iki benzininio variklio ir yra esminė termodinamikos dalis.
Šiluminiai mokslai yra bandymas subalansuoti šilumos perdavimą ir termodinamikos dėsnius, bandant išeiti į priekį generuojant energiją. Šilumos mokslas apima kelias mokslo disciplinas, kurios visos susijusios su energija, nes mokslininkai ir inžinieriai dirba kartu, kad efektyviau panaudotų šiluminę energiją. Šilumos mokslas ieško naujų būdų, kaip išgauti šilumą, izoliuoti energiją ir panaudoti ją kuo praktiškiausiu būdu.
Šilumos mokslų studentams įdomu tyrinėti alternatyvius energijos surinkimo būdus, taip pat maksimaliai padidinti žmonių saugumą aplink energijos konvertavimo sistemas. Kai šiluminiai mokslai naudojami praktikoje, inžinieriai žiūri į objektų ar energijos sistemų šilumos perdavimo savybes, taip pat bando nustatyti, koks yra bendras energijos balansas sistemoje. Be to, inžinieriai žiūri į termodinamikos principus, kurie, be pirminių dėsnių, apima chemines ir fizines reakcijas.
Teoriškai naudojami fizikai, kurie daugiausia dėmesio skiria šilumos mokslui, yra suinteresuoti ištirti, kaip konvertuojama elektra ir kaip galima patobulinti energijos konvertavimo sistemas. Šilumos mokslo studijos teoriniu lygmeniu paskatino daug energijos taupančių prietaisų, taip pat padidino efektyvumą ir saugumą. Abiem atvejais šilumos mokslas nagrinėja esminę fizikinių ir cheminių procesų sąveiką ir rezultatą.