Als Temperaturgradienten bezeichnet man einen räumlichen Temperaturunterschied, welcher durch einen mathematischen Gradienten beschrieben wird.
Der Temperaturgradient ist üblicherweise in alle drei Raumrichtungen ausgeprägt und gibt daher den Temperaturunterschied in x-, y-, und z-Richtung an. Für spezielle Anwendungen ist jedoch auch nur ein zweidimensionaler Temperaturgradient von Belang, wobei sich dieser auch wesentlich einfacher auf mathematischen Wege beschreiben lässt.
Der Temperaturgradient ist ein wesentlicher Bestandteil vieler technischer Fragestellungen, zum Beispiel der Diffusion, Wärmeleitung, Wärmestrahlung oder Konvektion.
In der Meteorologie ist der atmosphärische Temperaturgradient von entscheidender Bedeutung, wobei man zwischen dem trockenadiabatischen und feuchtadiabatischen Temperaturgradient unterscheidet. In der Geologie und besonders in der Geothermie spielt der Temperaturgradient der Erkruste, die so genannte geothermische Tiefenstufe eine wichtige Rolle.