Температу́рные во́лны — периодические изменения распределения температуры в среде, связанные с периодическими колебаниями плотности потоков теплоты, поступающих в среду, то есть с переменностью источников теплоты. Температурные волны испытывают сильное затухание при распространении, для них характерна значительная дисперсия, то есть зависимость скорости от частоты. Обычно коэффициент затухания тепловой волны приближенно равен 2π/l, где l — длина волны. Для монохроматической плоской тепловой волны, распространяющейся вдоль теплоизолированного стержня постоянного поперечного сечения, длина волны связана с периодом колебаний и коэффициентом температуропроводности.
Чем меньше период колебаний (меньше длина волны), тем температурные волны быстрее распространяются и затухают на меньших расстояниях. Чем меньше длина волны, тем меньше глубина проникновения. Глубина проникновения в почву суточных колебаний температуры почти в 20 раз меньше глубины проникновения сезонных колебаний. В технике температурные волны учитывают при расчетах теплопроводности стен зданий, защитной внутренней облицовки печей, блоков двигателей внутреннего сгорания. В физике изучение температурных волн является одним из методов определения температуропроводности, теплоемкости материалов. Метод тепловой волны удобен для измерения характеристик чистых веществ при низких температурах.