其中為熱流密度，即垂直於傳輸方向的單位面積內X方向的傳熱率；t是溫度；x是傳熱方向的坐標；k是熱導率。這個公式表明，q與溫度梯度dT/dx成正比，但熱流方向與溫度梯度方向相反。這個定律最早是由法國物理學家傅立葉在1822年提出的，所以叫做傅立葉定律。在最壹般的熱傳導中，溫度隨時間和三個空間坐標而變化，同時伴隨著熱量的產生或消耗(例如反應熱)。此時的熱傳導稱為三維非穩態熱傳導，可以用熱方程來描述:
其中τ是時間；x、y、z為坐標軸；ρ是密度；是恒壓下的比熱容；熱擴散方程表明，在介質中的任意壹點，從傳導到單位體積的凈熱傳導率加上單位體積的熱能產生率，必然等於單位體積中儲存的能量的變化率。
如果熱導率k是常數，熱擴散方程可以表示如下:
α稱為熱擴散系數，表示非穩態導熱過程中物體內部溫度均勻的能力，即導熱系數越大，溫度趨於均勻的速度越快；Q.dot是每單位體積的生熱率。壹維穩態導熱的計算以連續運轉的窯爐中通過爐壁的傳熱為例。熱量從內壁傳遞到外壁。根據傅立葉定律，熱流如下獲得:
其中T1和T2分別為墻體內側和外側的溫度；a是爐墻面積；l是爐壁的厚度；T1-T2是傳熱的驅動力；q是傳熱率。根據電流等於電勢差比電阻的概念，L/kA是壹個平壁上導熱的熱阻。因為導熱率與熱導率成正比，所以熱導率高的材料(如銅、鋼、石墨等。)用作熱交換器中的傳熱分隔材料。在保溫設施中，采用導熱系數低的材料(如石棉空氣)作為保溫材料。
根據串聯熱阻的概念，等壁面多層平壁熱式流量計的公式為:
其中δT是最內壁的內側和最外壁的外側之間的溫差；n是層數。
不穩定熱傳導的計算如果運行是間歇的或周期性的，比如蓄熱器的運行(見熱交換器)，那麽熱傳導就是不穩定的。對於形狀簡單的物體(如平板、長方體、圓柱體和球體)，將某些初始條件和邊界條件與公式(2)相結合，可以得到解析解，但通常得到的解非常復雜，往往以無窮級數的形式表示。為了應用方便，這些結果常以圖形表示。
對於二維、三維等更復雜的熱傳導，很難用解析方法求解。壹般可以用數值方法求解，或者用Ansys或Comsol等數值模擬軟件計算。