La maîtrise de la consommation d’énergie des bâtiments passe d’abord par l’optimisation des apports de chaleurs gratuits (solaire, air) et par la limitation des déperditions (isolation).L’orientation du bâtiment vers le sud (de sud-est à sud-ouest), et la disposition de fenêtres larges sur la façade exposée permet de recevoir une grande quantité d’énergie, qui correspond à des économies significatives de chauffage en hiver. Les apports de lumière naturelle permettent également de limiter la consommation d’électricité liée à l’éclairage. En été, des débords de toit, des stores, ou des arbres feuillus placés au sud et à l’ouest d’un bâtiment permettent d’éviter les surchauffes.
La ventilation permet de répartir dans le bâtiment la chaleur accumulée par les meubles et les parois. Elle permet de renouveler l’air dans le bâtiment, et d’évacuer l’air vicié et humide de la cuisine et des pièces froides. Les systèmes de doubles flux, dans lesquels l’air entrant dans le bâtiment est d’abord chauffé par l’air sortant, permettent d’économiser le chauffage. Elles peuvent être couplées à un puits canadien, qui utilise la chaleur du sol (à faible profondeur) pour préchauffer l’air entrant dans le bâtiment. En été, la ventilation permet de dissiper l’air surchauffé, et de rafraîchir le bâtiment durant la nuit.
Les déperditions de chaleur sont liées à l’importance des surfaces extérieures des bâtiments (murs extérieurs, toitures, plancher, fenêtres) : à volume égal, plus cette surface est faible, et moins un bâtiment perdra de chaleur. C’est pourquoi un bâtiment de logement collectif consomme généralement beaucoup moins d’énergie par m² pour le chauffage qu’une maison individuelle. Le choix de formes urbaines compactes est donc un levier important de la réduction des consommations d’énergie des bâtiments (voir tissu urbain et espace public).
L’isolation des murs, des toitures et des surfaces vitrées permet de limiter les déperditions de chaleur. L’isolation thermique est le poste le plus significatif d’économie de chauffage dans les bâtiments. Les matériaux utilisés sont nombreux. Ils se différencient par leur conductivité thermique, c’est-à-dire leur capacité à conduire ou pas la chaleur. Une bonne isolation est liée également à l’épaisseur de la couche isolante, mais aussi à sa capacité à emmagasiner la chaleur pour la restituer pendant les périodes froides de la journée (inertie thermique).
Les surfaces vitrées sont une source importante de déperdition de chaleur. L’amélioration de leurs capacités isolante passe par des vitrages multiples (double ou triple), incluant des lames d’airs ou de gaz rare, ou encore des vitrages « peu émissifs » comportant un revêtement spécial qui augmente l’effet de serre.
Des techniques d’isolation dynamique, plus complexes, reposent sur des cloisons qui réalisent à la fois la régulation de la température de l’air (lames d’air), des apports solaires (parois transparentes), et la limitation des déperditions (matériaux isolants, et utilisation des propriétés isolantes de l’air).
L’ensemble de ces techniques cherchant à tirer le meilleur parti de l’énergie solaire, de la lumière naturelle, de la circulation de l’air, et des propriétés thermiques des matériaux, correspond au champ de l’architecture bioclimatique. Il ne s’agit pas seulement d’améliorer les performances énergétiques des bâtiments, mais aussi d’améliorer le confort des habitants ou des usagers (voir bâtiment et habitat).