Définition en mécanique des fluides. L'écoulement piston modélise un écoulement turbulent limite où la vitesse globale est primordiale par rapport aux tourbillons qui ne font qu'assurer l'homogénéité transversale de la veine fluide. Il est caractérisé par une progression du fluide en tranches parallèles et indépendantes, sans échange de matière, la diffusion axiale étant négligeable, à la manière d'un piston dans un cylindre. Dans ce cas, les variables d'état (concentrations, température...) sont constantes dans toute section droite normale à l'écoulement, sauf éventuellement à la périphérie de la veine fluide dans une couche assez mince pour que l'effet de cette couche sur l'expression des différents flux soit négligeable, et ne dépendent que d'un seul paramètre d'espace mesuré normalement au sens de l'écoulement. En pratique, l'hypothèse de l'écoulement piston correspond généralement au cas de réacteurs tubulaires avec écoulement très turbulent ou contenant un garnissage. Si la réaction chimique a une thermicité élevée, l'hypothèse d'une température constante dans une section droite du réacteur devient peu réaliste, mais on peut encore utiliser la représentation de l'écoulement piston en raisonnant sur les grandeurs moyennes dans une section droite. En présence de gradients de température le long du réacteur, cette simplification devient difficile à maintenir et des modèles à deux dimensions doivent être retenus.
Définition en génie chimique. L'écoulement piston est réalisé lorsqu'il existe des processus de dispersion radiale suffisamment efficaces pour que le profil radial des variables d'état puisse être considéré comme plat. On l'approche effectivement dans le cas d'un écoulement très turbulent ou dans un garnissage solide régulier. L'hypothèse de l'écoulement piston est moins facilement réalisée dans le cas d'une réaction très exothermique, parce que le transfert radial de chaleur devient limitant. Avec un transfert efficace, le profil de température peut cependant rester plat. On peut noter que l'écoulement piston n'implique pas une géométrie de type tubulaire. Il existe par exemple des réacteurs à lit fixe à écoulement radial dans lesquels le fluide progresse par couches radiales concentriques sans se mélanger, qui peuvent être assimilés à des réacteurs pistons bien que la section offerte au fluide ne soit pas constante.