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ヒートスプレッダは、より高温の熱源からより低温のヒートシンクまたは熱交換器へ熱エネルギーを伝達します。熱力学的には、受動型と能動型の2種類があります。最も一般的な受動型ヒートスプレッダは、銅、アルミニウム、ダイヤモンドなどの熱伝導率の高い材料で作られた板またはブロックです。能動型ヒートスプレッダは、外部の熱源から供給される仕事としてエネルギーを消費して熱伝達を加速します。[ 1 ]
ヒートパイプは、密閉されたケース内の流体を使用します。流体は、閾値温度差が発生したときに引き起こされる自発的な対流によって受動的に循環するか、外部の仕事源によって駆動されるインペラによって能動的に循環します。密閉された循環がない場合、外部の仕事源によって駆動される流体物質（例えば、外部から供給される冷たい空気）の移動によって、より高温の物体から別の外部物体へエネルギーを運ぶことができますが、これは物理学で定義されている熱伝達とは厳密には異なります。[ 2 ]
熱力学第二法則によるエントロピー増大の例として、受動型ヒートスプレッダーは熱を分散、つまり「拡散」させることで、熱交換器をより効率的に利用できるようにします。これにより、アセンブリ全体の熱容量が増加する可能性がありますが、熱接合部の増加によって総熱容量が制限されます。スプレッダーの高い熱伝導特性により、元の（おそらくより小型の）熱源よりも空気熱交換器としてより効果的に機能します。対流における空気の低い熱伝導率は、スプレッダーの高い表面積によって相殺され、熱がより効率的に伝達されます。
熱拡散器は、熱源の熱流束密度が高い場合（単位面積あたりの熱流量が高い場合）、何らかの理由で熱交換器が効果的に熱を伝導できない場合に一般的に使用されます。例えば、空冷式の場合、液冷式の場合よりも熱伝達係数が低くなることがあります。熱交換器の熱伝達係数が十分に高ければ、熱拡散器は不要になります。熱拡散器の使用は、高熱流束媒体から低熱流束媒体へ熱を伝達するための経済的に最適な設計において重要な要素です。例としては、以下のようなものがあります。
ダイヤモンドは非常に高い熱伝導率を持つ。合成ダイヤモンドは、高出力集積回路やレーザーダイオードのサブマウントとして使用される。
複合材料としては、銅-タングステン金属マトリックス複合材料（MMC）、AlSiC（アルミニウムマトリックス中の炭化ケイ素）、ダイマロイ（銅-銀合金マトリックス中のダイヤモンド）、Eマテリアル（ベリリウムマトリックス中の酸化ベリリウム）などが挙げられる。これらの材料は、熱膨張係数がセラミックスや半導体と一致するため、チップの基板としてよく用いられる。
2022年5月、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校とカリフォルニア大学バークレー校の研究者らは、既存の他の方法よりも効率的に最新の電子機器を冷却できる新しいソリューションを考案した。彼らが提案した方法は、ポリ（2-クロロ-p-キシリレン）（パリレンC）の電気絶縁層と銅のコーティングからなるヒートスプレッダーの使用に基づいている。このソリューションは、より安価な材料も必要とする。 [ 3 ]