换热网络的定性目标主要是柔性、弹性、安全性、可操作性和可控制性等，定量的目标可大概分为以下几个方向，如最小的公用工程消耗，最小的换热器数目或最小年度费用。经常使用的指标是最小年度费用，最小年度费用包括设备投资费用和操作费用。其中，设备投资费用主要由换热面积及换热设备台数决定；而操作费用主要由公用工程消耗量决定。

换热网络综合的研究可分为新装置换热网络最优合成和现有换热网络的优化改造。①新装置换热网络综合，通过寻求过程系统中给定工艺物流（冷物流与热物流）间的优化匹配及每一匹配的换热器优化，实现以尽可能少的换热器和公用工程投资回收尽可能多热能的目标，即是要达到热能回收与投资间的优化权衡。②换热网络优化改造，主要目标是减少现存网络的公用工程消耗，充分利用现有换热器，以及确定所需的结构更改。这两方面的研究都是以经济的代价回收热能，降低过程系统的能耗。

换热网络综合的研究方法分为基于夹点分析方法、基于数学规划的方法、混合方法。

使用夹点分析来解决改造问题，采用复合曲线、总复合曲线和（或）网格图来改造换热网络。夹点法是1978年提出的，夹点分析经历了从局部节能分析到全局用能优化的逐渐发展和完善过程，其应用领域也越来越广，并初步形成了工艺系统和公用工程系统能量集成的通用型方法。夹点法的目标是在最小换热温差下，求得最小公用工程费用，最小设备个数，最小换热器面积以及换热器费用。根据能量目标构造一个能量回收的换热初始网络。根据热力学第一定律和第二定律，认为初步合成换热网络时找出夹点，不许通过夹点换热；再以最小的换热设备数为目标改进网络结构，主要通过能量松弛和最小换热温差松弛来减少换热单元数，从而获得一个接近最优的换热网络。

主要以提出的超结构模型为代表，通过对混合整数非线性程序模型进行求解，得出使换热网络年度总费用（包括设备费用和操作费用）最小的网络配置。根据其在优化过程中同时考虑三个费用目标（换热面积、单元数及公用工程消耗），又可以分为序贯方法和同步优化方法。

利用夹点分析和数学规划的方法，结合两者的优势。允许用户交互，也可以应用于重大问题。基于数学编程的方法涉及数学模型的制定，随后使用优化方法的解决方案，因此又称基于优化的方法。根据所使用的优化方法又可细分为两个子组：使用确定性优化方法和使用随机优化方法。