פליטה תרמיונית היא זרם של חלקיקים נושאי מטען ממשטח או מסוג אחר של מחסום פוטנציאלי חשמלי, שנגרם על ידי אנרגיית חום-רטט שמתגברת על הכוחות האלקטרוסטטיים המתנגדים. חלקיקים נושאי מטען עשויים להיות אלקטרונים או יונים, ולפעמים נקראים תרמיונים. המטען הכולל של החלקיקים הנפלטים (חיוביים או שליליים) יהיה שווה בגודל והפוך בסימן למטען שנותר במשטח הפולט.
הדוגמה הקלאסית לפליטה תרמיונית היא פליטה של אלקטרונים מקתודת מתכת מחוממת בריק (ידוע כאפקט אדיסון), אבל משתמשים במונח "פליטה תרמיונית" לתאר כל תהליך של פליטת מטען עקב חימום, גם כאשר המטען מועבר בין שני מוצקים.