En thermodynamique, la chaleur est une énergie en transfert vers ou depuis un système thermodynamique, par des mécanismes autres que le travail thermodynamique ou le transfert de matière. La chaleur se réfère à une quantité transférée entre les systèmes, et non à une propriété d’un système, ou « contenue » en son sein. D’autre part, l’énergie interne est une propriété d’un seul système. La chaleur et le travail dépendent de la manière dont un transfert d’énergie s’est produit, alors que l’énergie interne est une propriété de l’état d’un système et peut donc être comprise sans savoir comment l’énergie y est arrivée.

Dans un récit mécanique statistique d’un gaz idéal, dans lequel les molécules se déplacent indépendamment entre des collisions instantanées, l’énergie interne est la somme totale des énergies cinétiques des particules indépendantes du gaz, et c’est ce mouvement cinétique qui est la source et l’effet du transfert de chaleur à travers la frontière d’un système. Pour un gaz qui n’a pas d’interactions particulaires à l’exception de collisions instantanées, le terme « énergie thermique » est effectivement synonyme d' » énergie interne ». Dans de nombreux textes de physique statistique, l' »énergie thermique » fait référence à k T {\displaystyle kT}, le produit de la constante de Boltzmann et de la température absolue, également écrit k B T {\displaystyle k_{\text{B}}T}. Dans un matériau, notamment en matière condensée, tel qu’un liquide ou un solide, dans lequel les particules constitutives, telles que des molécules ou des ions, interagissent fortement les unes avec les autres, les énergies de telles interactions contribuent fortement à l’énergie interne du corps, mais ne sont pas simplement apparentes dans la température.

Le terme « énergie thermique » s’applique également à l’énergie transportée par un flux de chaleur, bien que cela puisse également être simplement appelé chaleur ou quantité de chaleur.