При проектировании теплонапряженных узлов в отраслях машиностроения, авиации, космонавтики, энергетики зачастую возникает необходимость иметь информацию о формировании контактного термосопротивления, возникающего в результате дискретного характера соприкосновения металлических поверхностей деталей. При прохождении через зоны раздела тепловых потоков повышается градиент температуры, что снижает теплопередающую способность контактного перехода и приводит к термическому расширению составных элементов систем, относительным сдвигам и короблениям. В работе рассматривается процесс теплообмена через зону контакта металлических поверхностей, имеющих отклонение формы в виде неплоскостности или волнистости при условиях приложения малых механических нагрузок. Предложена модель формирования контактного термосопротивления (КТС) при условии двойного стягивания теплового потока сначала к контактным макропятнам, вызванным неплоскостностью или волнистостью, и затем к микропятнам, обусловленным шероховатостью. С учетом положений из теории механического контактирования твердых тел выведены теоретические зависимости, описывающие контактные термосопротивления для соединений с поверхностями, имеющими макроотклонения или волнистость, функционирующих в режиме малых механических нагрузок. Результаты физических экспериментов дают удовлетворительную сходимость с расчетными данными. Установлено, что наличие на поверхностях контакта неплоскостности или волнистости значительно повышает КТС по сравнению с шероховатыми поверхностями. Повышение КТС объясняется увеличением высоты волн или эквивалентной неплоскостности.