История Отдела теплофизических исследований в ФЭИ началась в 1949 году, когда была организована теплотехническая лаборатория под руководством И.И. Новикова. В этой лаборатории начались работы по теплофизическому обоснованию твэлов Первой в мире АЭС.
В 1951 году в ФЭИ создан первый в мире жидкометаллический стенд со сплавом свинец-висмут. Этот сплав позже стал теплоносителем реакторов атомных подводных лодок, в числе которых была легендарная «Альфа», обладавшая непревзойденными до сих пор скоростными качествами.
В 1954 году был создан теплотехнический отдел, который возглавил будущий академик АН СССР В.И. Субботин. К этому времени в ФЭИ, кроме свинцово-висмутового, уже существовал водяной стенд высокого давления и два стенда с теплоносителями натрий и натрий-калий.
Первые три лаборатории отдела специализировались на исследованиях трех видов теплоносителей: вода, щелочные металлы (Na, Na-Ka), тяжелые жидкие металлы (Pb-Bi, ртуть), предназначавшихся для реакторных установок различного назначения.
В 1969 году введён в эксплуатацию главный теплофизический корпус ТФК-1, в котором были развиты работы по теплогидравлике ядерных реакторов и технологии теплоносителей.
По мере развития атомной энергетики и промышленности роль теплофизики постоянно возрастала, и теплофизическое обоснование работоспособности важнейших элементов вошло в число первоочередных задач при проектировании и создании энергетических ядерных реакторов.
Несмотря на неоднократную реорганизацию и изменения названий, теплофизическое направление всегда оставалось одним из основных в деятельности института, а коллектив теплофизиков ФЭИ был и остается одним из ведущих научных коллективов атомной отрасли России, а по составу экспериментальной базы – уникальным не только в России, но и в мире.