Isıl ışınım maddedeki yüklü parçacıkların ısıl hareketiyle meydana gelmiş elektromanyetik ışınımdır. Isısı mutlak sıfırdan büyük olan her madde ısıl ışınım yayar. Isısı mutlak sıfırdan büyük olan maddelerde atomlar arası çarpışmalar, atomların ya da moleküllerin kinetik enerjisinde değişime neden olur.
Isıl ışınım örneği parlak bir ampul tarafından yayılan kızılötesi ışıkları ve gözle görülür ışıkları içerir. Hatta hayvanlar tarafından yayılan kızılötesi ışınları ve kameralar tarafından tespit edilebilen kızılötesi ışınları ve kozmik mikrodalga arka plan ışıması da buna dahildir. Isıl ışınım, ısı kodüksiyonu ve ısı konveksiyonundan farklıdır. Dışarıda yakılan bir ateşin yanında duran bir insan hava çok soğuk olmasına rağmen gelen yüksek sıcaklığı hisseder.
Güneş ışığı, güneşin sıcak plazmasından meydana gelen ısıl ışınımdır. Dünya da ısıl ışınım yayar fakat daha düşük yoğunluktan ve farklı elektromanyetik tayf yüzünden daha soğuktur. Dünyanın güneş ışınımını emmesi, iklim ve dünya sıcaklığı gibi iki önemli konuyu belirler. Eğer ışınım yayan cisim termodinamikteki kara cisim ışımasının fiziksel karakterini karşılarsa, bu ışınıma kara cisim ışıması denir. Planck Kanunu, cismin sıcaklığına bağlı olan kara cisim ışımasını tayfını tarif eder. Wien’in yer değiştirme kanunu daha çok yayılan ışınımın frekansını belirler ve Stefan-Boltzmann Kanunu ise ışın yoğunluğunu verir.
Isıl ışınım, ısı transferinin temel mekanizmasıdır.