يحدث التلوث الحراري عندما تأخذ صناعة أو منظمة أخرى من صنع الإنسان الماء من مصدر طبيعي وتقوم إما بتبريده أو تسخينه، ثم يقومون بإخراج تلك المياه مرة أخرى إلى الموارد الطبيعية مما يغير مستويات الأكسجين ويمكن أن يكون له آثار كارثية على النظم البيئية والمجتمعات المحلية.
يُعرَّف التلوث الحراري على أنه: زيادة أو نقصان مفاجئ في درجة حرارة جسم طبيعي من الماء؛ قد يكون محيطًا أو بحيرة أو نهرًا أو بركة بسبب التأثير البشري، يحدث هذا عادة عندما يأخذ النبات أو المرفق المياه من مورد طبيعي ويعيدها مع درجة حرارة متغيرة، عادة تستخدم هذه المرافق كطريقة تبريد لآلاتهم أو للمساعدة في إنتاج منتجاتهم بشكل أفضل، غالبًا ما تكون النباتات التي تنتج منتجات مختلفة أو مرافق مياه الصرف الصحي هي السبب في هذا النزوح الهائل للتلوث الحراري، فمن أجل السيطرة على التلوث الحراري والحفاظ عليه بشكل صحيح اتخذ البشر والحكومات العديد من الخطوات؛ لإدارة كيفية استخدام النباتات للمياه بشكل فعال، ومع ذلك لا تزال الآثار مستمرة حتى اليوم.
قد تؤدي التصريفات الساخنة في مجرى مائي أو بحيرة إلى تغيير بيئة نظام المياه بشكل كبير، على الرغم من أن التدفئة الموضعية يمكن أن يكون لها آثار مفيدة مثل تحرير الموانئ من الجليد، إلا أن الآثار البيئية تكون ضارة بشكل عام، إذ تقلل النفايات السائلة الساخنة من قابلية ذوبان الأكسجين في الماء؛ لأن ذوبان الغاز في الماء يتناسب عكسًا مع درجة الحرارة مما يقلل من كمية الأكسجين المذاب المتاح للأنواع الهوائية (المعتمدة على الأكسجين)، تزيد الحرارة أيضًا من معدل التمثيل الغذائي للكائنات المائية (ما لم ترتفع درجة حرارة الماء وتقتل الكائن الحي) مما يقلل أيضًا من كمية الأكسجين المذاب بسبب زيادة التنفس.
إن إطلاق الماء الساخن في المسطحات المائية من محطات الطاقة الحرارية له تأثير ضار على الحياة المائية، حيث يقلل من نشاط المحللات الهوائية، بسبب استنفاد الأكسجين وارتفاع درجة الحرارة، فإذا كان هناك انخفاض في تحلل المواد العضوية فإن توافر العناصر الغذائية في المسطحات المائية معرض للخطر، تظهر النباتات المائية انخفاض معدل التمثيل الضوئي بسبب تثبيط نشاط الإنزيم مع زيادة درجة الحرارة، تنخفض الإنتاجية الأولية وتنوع أنواع النباتات المائية؛ بسبب ارتفاع درجة حرارة المسطحات المائية نتيجة التلوث الحراري، وهكذا عندما تفتح أو تغلق محطة توليد الطاقة لأول مرة لإصلاحها أو لأسباب أخرى، حيث يمكن قتل الأسماك والكائنات الحية الأخرى التي تتكيف مع درجة حرارة معينة؛ بسبب التغير المفاجئ في درجة حرارة الماء.
وبالتالي فإن التغيرات في درجة حرارة الماء تؤثر سلبًا على جودة المياه والنباتات المائية، حيث يحدث معظم التلوث الحراري في المياه؛ بسبب الأنشطة البشرية، فبعض المصادر الهامة للتلوث الحراري هي الطاقة النووية ومحطات الطاقة الكهربائية ومصافي النفط الخام ومصانع صهر الفولاذ ومصنع لتوليد الطاقة من الفحم الحجري والعديد من الصناعات التي تطلق كمية كبيرة من الحرارة إلى المسطحات المائية، مما يؤدي إلى التغيير في المواد الفيزيائية والكيميائية والخصائص البيولوجية للكتل المائية المستقبلة، كما ان ارتفاع درجة الحرارة يقلل محتوى الأكسجين من الماء، حيث يزعج الدورات التناسلية ومعدلات التنفس والجهاز الهضمي والتغيرات الفسيولوجية الأخرى مما يسبب صعوبات للحياة المائية.
لا يمكن الحفاظ على المياه العادمة بشكل صحيح ولن يكون لدينا صناعات يمكنها إنتاج السلع التي نحتاجها وهكذا، ومع ذلك فإن آثار التلوث الحراري على النظم البيئية تفوق بشكل كبير الفوائد التي تتمتع بها الصناعات من خلال المشاركة في القانون، فيما يلي بعض آثار التلوث الحراري واثرها على البيئة: