Um ein guter Wärmeisolator zu sein, muss ein Material gegen Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung beständig sein. Ein guter Isolator besteht aus einem undurchsichtigen, nichtmetallischen Material ohne kristalline Struktur, und seine Isoliereigenschaften können durch die Bildung kleiner Lufteinschlüsse in seiner Struktur verbessert werden.
Der Grund, warum Metalle Wärme so gut leiten, ist, dass metallische Atome ihre äußersten Elektronen schlecht halten können. Dadurch können die Elektronen leicht von einem Atom zum anderen fließen und sie transportieren Energie, während sie sich bewegen. Wenn ein Ende eines metallischen Gegenstands erhitzt wird, regt diese Temperaturerhöhung die Elektronen an und lässt sie fließen, wobei die Wärme entlang des Gegenstands transportiert und gleichmäßig erhitzt wird. Isolierende Materialien wie Kunststoffe widerstehen dem Elektronenfluss und reduzieren den Wärmefluss durch das Material.
Lufteinschlüsse sind eine weitere Möglichkeit, die Isolierung zu erhöhen. Unter normalen Umständen kann Luft Wärme durch Konvektion übertragen, Luftströme, die durch Temperatur- und Druckunterschiede erzeugt werden. Werden die Lufteinschlüsse im Inneren eines Materials jedoch voneinander getrennt, können diese Strömungen nicht stattfinden. Die Wärme kann auch nicht durch die eingeschlossene Luft geleitet werden, wodurch ihre Fähigkeit, durch das Material zu fließen, verringert wird. Wintermäntel und andere isolierte Kleidung verwenden diese Technik oft, ebenso wie die Isoliermaterialien in den Wänden und auf dem Dachboden von Wohnhäusern.
