Lämmityselementti on materiaali tai laite, joka muuntaa sähköenergian suoraan lämmöksi tai lämpöenergiaksi Joule-lämmityksenä tunnetun periaatteen avulla. Joule-lämmitys on ilmiö, jossa johdin tuottaa lämpöä sähkövirran virtauksen vuoksi. Kun sähkövirta virtaa materiaalin läpi, elektronit tai muut latausalustat törmäävät johtimen ionien tai atomien kanssa ja aiheuttavat kitkaa atomiasteikolla. Tämä kitka ilmenee sitten lämpönä. Joulen ensimmäisen lain (Joule-Lenzin laki) avulla kuvataan johdinjohtimen sähkön virtauksen tuottaman lämmön määrää. Tämä ilmaistaan seuraavasti:
P = IV tai P =I²R
Näistä yhtälöistä syntyvä lämmön määrä riippuu virran ja jännitteen tai johtimen vastuksen mukaan. Lämmityselementtien suunnittelussa vastus on tärkeämpi tekijä.
Joule-lämmitys näkyy kaikissa johdemateriaaleissa eri intensiteetein, lukuun ottamatta erityistä materiaalia, jota kutsutaan suprajohttoreiksi. Yleensä sähköä johtaville materiaaleille syntyy vähemmän lämpöä, koska latausalustat voivat helposti virrata läpi; kun taas materiaaleille, joilla on suuri sähkövastus, syntyy enemmän lämpöä. Suprajohteet taas mahdollistavat sähkön virtauksen, mutta eivät tuota lämpöä. Yleensä johtimien lämpö luokitellaan energiahäviöksi. Sähköenergia, jota käytetään käyttövoimana käytettävien laitteiden ohjaamiseen, tuottaa tarpeetonta lämmitystä kuparihäviön muodossa, mikä ei lopulta tuota mitään hyödyllistä työtä.
Sähkölämmityselementit ovat tavallaan lähes 100% tehokkaita, koska kaikki toimitettu energia muunnetaan aiottuun muotoonsa. Lämmityselementit voivat paitsi johtaa lämpöä myös siirtää energiaa valon ja säteilyn kautta. Tämä koskee kuitenkin vain ihanteellisia vasteita. Pienet häviöt voidaan johtaa materiaalin luontaisesta kapasitiivisyydestä ja induktiosasta, joka muuntaa sähköenergian sähkö- ja magneettikentiksi. Koko lämmitinjärjestelmä huomioon ottaen häviöt ovat peräisin lämmön haihtumisesta ulkoiseen ympäristöön prosessinesteestä tai itse lämmittimestä. Näin ollen järjestelmä on eristettävä kaiken tuotetulla lämmöllä.
