Toplotnoizolacijske materiale lahko razdelimo glede na kemijsko sestavo in strukturo. Tako anorganski materiali, kot organski imajo predstavnika v skupini najpogosteje uporabljenih klasičnih toplotnoizolacijskih materialov. Med anorganskimi materiali je na prvem mestu po obsegu uporabe toplotna izolacija iz mineralnih vlaken, to je steklena in kamena volna, med organskimi materiali so najpomembnejši penjeni materiali, na primer ekspandirani in ekstrudirani polistiren ter penjeni poliuretan.
Mineralna vlakna
Izolacija iz mineralnih vlaken (kamena in steklena volna) je kemijsko nevtralna, ne trohni, se ne stara, obstojna je pri visokih temperaturah. Kameno volno proizvajajo iz bazalta in diabaza z dodanim koksom pri temperaturi taljenja okoli 1600 °C, steklena volna nastaja pretežno iz kremenčevega peska z možnostjo dodajanja recikliranega stekla v elektropečeh pri temperaturi okoli 1350 °C. Z razpihavanjem nastajajo vlakna, ki jih povežejo z dodajanjem veziva. V tej fazi dobi mineralna volna značilno barvo, steklena volna je rumena in kamena volna je sivozelena. Mineralno volno proizvajajo jo v obliki plošč, v zvitkih, jo kaširajo na različne nosilce (stekleni voal, lepenka, aluminijska folija). Toplotna prevodnost mineralne volne je dobra, v območju med 0.03 in 0.045 W/mK, kar jo uvršča med najboljše toplotne izolatorje. Težavo predstavlja hitro naraščanje toplotne prevodnosti pri navlaževanju, zato je treba posebno pozornost posvetiti skladiščenju, kakovostni izvedbi parnih ovir in zapor in preprečiti vstop vode v konstrukcijo ovoja stavbe.
Z ekološkega vidika predstavlja slabost sorazmerno veliko energije potrebne pri proizvodnji, okoli 460 kWh na kubični meter, vendar lahko raba primarne energije tudi precej odstopa. Ker mineralna volna dosega majhno toplotno prehodnost, je potrebna vgrajena energija na enoto toplotne upornosti toplotno izolacijske plasti srednja (kamena volna) do majhna (steklena volna). Razgradljivost materiala je slaba, zato si stroka že prizadeva za uvajanje postopkov recikliranja. Mineralna volna je lahko zaradi drobnih vlaken, ki jo sestavljajo, kancerogena. Indeks kancerogenosti KI se v Nemčiji uveljavlja kot merilo za kancerogenost vlaknastega materiala. Njegova vrednost je odvisna od kemijske sestave vlaken. Manj škodljivi materiali imajo KI 40 in več. Kljub temu velja, da je pri delu z mineralno volno potrebno upoštevati zaščitne ukrepe. Posebej po vgradnji na notranji strani drobna vlakna odstranimo tako, da prostore prezračimo. Mineralna volna je široko uporaben in cenovno ugoden material.
Ekspandirani polistiren
Ta ima toplotno prehodnost med 0.035 in 0.04 W/mK. Pravilno vgrajen je obstojen material, nestrupen, odporen na anorganske kisline in soli, ne pa na organska topila ter na UV sevanje in na temperature preko 80°C. Dodatki mu zmanjšujejo gorljivost, tako da se plamen po njem ne širi. Sveže izdelan material je dimenzijsko nestabilen in mora pred uporabo odležati. Vodovpojnost je majhna, razen v primerih, ko je izpostavljen dolgotrajnemu delovanju vodne pare pri spreminjanju temperature in tlaka. Z ekološkega vidika je potrebno upoštevati, da je surovina naftni derivat. Novejši proizvodni postopki ekspandiranja ne temeljijo več na okolju škodljivih plinih (CFC, HCFC), pač pa na pentanu. Ekspandirane granule povezujejo ob prisotnosti nasičene pare pri 110-120°C v bloke. Recikliranje za zdaj še ni vpeljano. Za proizvodnjo kubičnega metra materiala je potrebno od 400 do 1.000 kWh energije. Prednost materiala je njegova nizka cena.
Ekstrudiran polistiren
Zaradi drugačnega proizvodnega postopka zaprte celice praktično ne vpija vode. Zato je kljub nekajkrat višji ceni v primerjavi z ekspandiranim polistirenom skoraj nepogrešljiv na mestih, kjer je toplotna izolacija v neposrednem stiku z vodo (toplotna zaščita kletnih sten, obrnjena ravna streha). Proizvodni postopek je okolju manj prijazen kot pri ekspandiranem polistirenu, potrebno je še nekoliko več energije, pri proizvodnji pa uporabljajo ozonski plasti škodljive CFC pline. Ekstrudiran polistiren je za razliko od navadno belega ekspandiranega polistirena obarvan (svetlo modro, svetlo zeleno, roza) v značilni barvi posameznega proizvajalca.
Poliuretanske pene
Imajo še nekoliko boljše toplotnoizolacijske lastnosti, med 0,02 in 0,035 W/m2 K. Surovina za proizvodnjo izhaja iz naftno predelovalne industrije, pri čemer kot stranski produkt nastajajo strupeni plini (fosgen, isooktan). Pri proizvodnji trdnih pen so do nedavnega uporabljali potisne pline, ki so škodljivi za ozonski plašč. V novejših postopkih uporabljajo za proizvodnjo trdih pen potisni plin pentan in izopentan ter CO2, ki se kot potisni plin uporablja v glavnem za proizvodnjo mehkih pen. Izhajanje škodljivih kemijskih snovi po vgradnji je zanemarljivo, a proizvodnja surovin je vezana na različna okoljska tveganja, slabost predstavlja razvijanje strupenih plinov pri gorenju. Primarna energija za proizvodnjo je med 750 in 1030 kWh/m3 . Cenovno se poliuratanska pena uvršča med dražje materiale, v skupino ekstrudiranega polistirena ali penjenega stekla. Poliuretansko peno uporabljajo predvsem v industriji in pri nekaterih postopkih sanacije streh. Odporna je na temperaturne spremembe (do 100 – 150 °C) in vlago ter plesen, na pa tudi na UV sevanje. Zaradi načina vgrajevanja in sprijemanja z drugimi materiali ali plastmi je problematično njeno odstranjevanje.
