O setor da construção civil enfrenta desafios crescentes relacionados à eficiência energética e à redução de impactos ambientais, o que tem estimulado o desenvolvimento de materiais inovadores com melhor desempenho térmico. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo avaliar, experimental e numericamente, o desempenho térmico de painéis de Concreto Leve com Gradação Funcional (CLGF), produzidos em cinco camadas simétricas com diferentes teores de poliestireno expandido (EPS) reciclado em substituição ao agregado graúdo. O painel é constituído por faces externas de concreto com 0 % EPS, camadas intermediárias com concreto e 50 % EPS e núcleo de concreto com 100 % EPS. A justificativa do estudo reside no potencial da gradação funcional para combinar desempenhos térmico e mecânico, superando limitações de concretos homogêneos. A metodologia experimental consistiu na realização de ensaios térmicos em regime transiente, ao longo de 24 horas, envolvendo etapas de aquecimento, manutenção e resfriamento, com monitoramento contínuo das temperaturas nas câmaras quente e fria e nas faces dos painéis. Os resultados obtidos foram comparados com concretos de referência e concretos leves homogêneos contendo 50 % e 100 % de EPS. Verificou-se que o CLGF apresentou maior diferença de temperatura entre as faces e menor transferência de calor em relação ao concreto convencional, evidenciando desempenho térmico superior mesmo com faces externas de concreto de referência. Os resultados demonstram que a gradação funcional é uma estratégia eficaz para aprimorar o desempenho térmico de painéis cimentícios, permitindo o desenvolvimento de materiais avançados para a construção sustentável.