i termodynamik er varme energi i overførsel til eller fra et termodynamisk system ved andre mekanismer end termodynamisk arbejde eller overførsel af stof. Varme refererer til en mængde, der overføres mellem systemer, ikke til en egenskab af et system eller ‘indeholdt’ i det. På den anden side er intern energi en egenskab af et enkelt system. Varme og arbejde afhænger af den måde, hvorpå en energioverførsel fandt sted, mens intern energi er en egenskab ved et systems tilstand og således kan forstås uden at vide, hvordan energien kom dertil.

i en statistisk mekanisk redegørelse for en ideel gas, hvor molekylerne bevæger sig uafhængigt mellem øjeblikkelige kollisioner, er den indre energi summen af gasens uafhængige partiklers kinetiske energier, og det er denne kinetiske bevægelse, der er kilden og effekten af overførsel af varme over et systems grænse. For en gas, der ikke har partikelinteraktioner undtagen øjeblikkelige kollisioner, er udtrykket ‘termisk energi’ effektivt synonymt med ‘intern energi’. I mange statistiske fysiktekster henviser “termisk energi” til k T {\displaystyle kT} , produktet af Boltsmanns konstant og den absolutte temperatur, også skrevet som k B t {\displaystyle k_{\Tekst{B}}t} . I et materiale, især i kondenseret materiale, såsom en væske eller et fast stof, hvor de bestanddele, såsom molekyler eller ioner, interagerer stærkt med hinanden, bidrager energierne i sådanne interaktioner stærkt til kroppens indre energi, men er ikke blot synlige i temperaturen.

udtrykket ‘termisk energi’ anvendes også på den energi, der bæres af en varmestrøm, skønt dette også simpelthen kan kaldes varme eller mængde varme.