Lämpöenergia on aineen atomien liikettä. Mitä enemmän aineen rakenneosaset liikkuvat, sitä suurempi on lämpötila. Se, onko aineen olomuoto kaasu, neste vai kiinteä, riippuu sen lämpötilasta. Kiinteässä aineessa atomit vain värähtelevät eivätkä ohita toisiaan. Nestemäisessä aineessa atomit kulkevat toistensa ohi mutta aine säilyttää muotonsa, kun taas kaasussa aineen rakenneosaset sinkoilevat ympäriinsä ja ovat vapaita liikkumaan. Absoluuttisessa nollapisteessä atomit ovat täysin liikkumatta. Sitä ei voida saavuttaa, mutta sen lähelle päästään avaruudessa ja laboratorioissa.
Lämpö voi siirtyä paikasta toiseen kolmella tavalla:
- kulkeutumalla
- johtumalla
- säteilemällä
Lämmön kulkeutuminen tapahtuu jonkun aineen mukana. Esimerkiksi, kun vesi virtaa se kuljettaa mukanaan siihen varastoitunutta lämpöä. Näinhän tapahtuu lämpöpattereissa ja erilaisissa vesijäähdytysjärjestelmissä. Esimerkkeinä vaikkapa tuulet kuljettavat mukanaan lämpöä. Etelätuuli tuo lämpöä. Veri kuljettaa lämpöä kehossamme. Energian säteileminen voi kuitenkin tapahtua tyhjiössä. Esimerkiksi Auringosta tulee energiaa maahan.