Het toevoegen van thermische energie aan materie veroorzaakt over het algemeen een toename van de interne energie ervan, wat resulteert in verschillende fysieke veranderingen en effecten:

1. Verhoogde moleculaire beweging: Thermische energie manifesteert zich als verhoogde moleculaire beweging. Naarmate de moleculen energie winnen, trillen, roteren en bewegen ze sneller. Deze verhoogde moleculaire beweging leidt doorgaans tot een stijging van de temperatuur van de materie.

2. Uitbreiding: Naarmate de moleculen krachtiger bewegen, nemen ze meer ruimte in beslag, waardoor de materie uitzet. Deze uitzetting is bij de meeste stoffen merkbaar bij verhitting. Vaste stoffen zetten een beetje uit, vloeistoffen breiden aanzienlijk uit en gassen zetten het meest uit.

3. Faseovergangen: Het toevoegen van thermische energie kan faseovergangen veroorzaken, waarbij een stof van de ene toestand (vast, vloeibaar of gas) naar de andere verandert. IJs (vast) smelt bijvoorbeeld in water (vloeistof) bij verhitting, en water verdampt in waterdamp (gas) bij verdere verwarming.

4. Verhoogde druk: In gesloten systemen leidt de toegenomen moleculaire beweging als gevolg van thermische energie tot frequentere botsingen tussen moleculen en de containerwanden. Dit resulteert in een toename van de druk die door de materie wordt uitgeoefend.

5. Wijzigingen in eigenschappen: Thermische energie kan de fysische en chemische eigenschappen van materie veranderen. Metalen worden bijvoorbeeld over het algemeen soepeler en taaier bij verhitting, terwijl sommige materialen kleurveranderingen of veranderingen in hun elektrische en magnetische eigenschappen kunnen ondergaan.

6. Chemische reacties: In bepaalde gevallen kan het toevoegen van thermische energie chemische reacties op gang brengen. Dit komt omdat thermische energie de noodzakelijke activeringsenergie levert voor het verbreken van chemische bindingen en het vormen van nieuwe.

7. Thermisch evenwicht: Wanneer twee of meer objecten met verschillende temperaturen in thermisch contact komen, vindt er warmteoverdracht plaats totdat ze een thermisch evenwicht bereiken. In deze toestand hebben alle objecten dezelfde temperatuur en is er geen netto stroom van thermische energie tussen hen.

De effecten van het toevoegen van thermische energie aan materie zijn fundamentele principes die worden gebruikt in verschillende wetenschappelijke disciplines en technologische toepassingen, zoals verwarmingssystemen, motoren, materiaalverwerking en energieconversiesystemen.