Rekuperacja lub rekuperacja ciepła – odzyskiwanie energii termicznej gazów wylotowych (odpadkowych) i spalin, w celu dalszego jej wykorzystania. Proces ten prowadzony jest w różnego typu urządzeniach (czasami zwykłych wymiennikach ciepła) zwanych rekuperatorami (lub nagrzewnicami).
W przypadku pieca martenowskiego rekuperator ma postać komory z odpowiednio ukształtowanymi kanałami, gdzie gorące spaliny oddają ciepło gazowi opałowemu. W klasycznej konstrukcji spaliny z pieca oraz powietrze wlotowe przepływało przez kanały. Spaliny nagrzewały ścianki kanału. Po pewnym czasie przełączano bieg spalin i powietrza wlotowego, kanałami którymi dotychczas płynęły spaliny po przełączeniu płynie powietrze, a spaliny płynąc przez drugi kanał nagrzewają jego ścianki. Po nagrzaniu ścianek tam gdzie płyną spaliny znowu przełączano obieg spalin i powietrza. Dzięki temu możliwe było osiągnięcie wyższej temperatury w komorze roboczej.
W samochodach i innych pojazdach spalinowych ciepło spalin stosuje się często do ogrzewania powietrza koniecznego w procesie spalania paliwa w silniku.
W układach wentylacji mechanicznej lub klimatyzacji w nowoczesnych budynkach, w tym także w domach jednorodzinnych, stosuje się rekuperację ciepła w celu zmniejszenia zużycia energii oraz dobowej stabilizacji temperatury wnętrz. Wykorzystane ciepłe powietrze lub woda (na odpływach do kanalizacji) oddaje energię do układu, w którym ogrzewane jest świeże powietrze lub czysta woda. Najprostszym rozwiązaniem stosowanym w układach wentylacyjnych jest rekuperator, tj. wymiennik krzyżowy. W bardziej zaawansowanych układach klimatyzacyjnych energia odzyskiwana jest z powietrza przez wymienniki ciepła w postaci paneli sufitowych. Stosowane są też układy buforujące i przechowujące energię cieplną.