De energie die gepaard gaat met de willekeurige beweging van moleculen of atomen in een stof wordt thermische energie of interne energie genoemd. Het is een maat voor de microscopische kinetische energie van de deeltjes waaruit het materiaal bestaat. Thermische energie is recht evenredig met de temperatuur van de stof en neemt toe naarmate de temperatuur stijgt. Wanneer warmte aan een systeem wordt toegevoegd, neemt de thermische energie ervan toe, waardoor de deeltjes sneller bewegen en vaker met elkaar en de containerwanden botsen. Omgekeerd, wanneer warmte wordt verwijderd, neemt de thermische energie af en vertragen de deeltjes.