w termodynamice ciepło to energia przenoszona do lub z układu termodynamicznego, za pomocą mechanizmów innych niż praca termodynamiczna lub przenoszenie materii. Ciepło odnosi się do ilości przenoszonej między systemami, a nie do właściwości jednego systemu lub „zawartej” w nim. Z drugiej strony energia wewnętrzna jest własnością jednego systemu. Ciepło i praca zależą od sposobu, w jaki doszło do transferu energii, podczas gdy energia wewnętrzna jest własnością stanu systemu i może być rozumiana bez wiedzy, w jaki sposób energia tam się znalazła.

w statystycznym rachunku mechanicznym gazu idealnego, w którym cząsteczki poruszają się niezależnie między chwilowymi zderzeniami, energia wewnętrzna jest sumą energii kinetycznych niezależnych cząstek gazu i to właśnie ten ruch kinetyczny jest źródłem i efektem transferu ciepła przez granicę układu. W przypadku gazu, który nie ma oddziaływań cząstek, z wyjątkiem zderzeń chwilowych, termin „energia cieplna” jest w rzeczywistości synonimem „energii wewnętrznej”. W wielu tekstach fizyki statystycznej „energia cieplna” odnosi się do k t {\displaystyle kT} , iloczynu stałej Boltzmanna i temperatury bezwzględnej, zapisanej również jako k B t {\displaystyle k_{\text{B}}T} . W materiale, zwłaszcza w materii skondensowanej, takiej jak ciecz lub ciało stałe, w którym cząstki składowe, takie jak cząsteczki lub jony, silnie oddziałują ze sobą, Energie takich oddziaływań silnie przyczyniają się do wewnętrznej energii ciała, ale nie są po prostu widoczne w temperaturze.

termin „energia cieplna” jest również stosowany do energii niesionej przez przepływ ciepła, chociaż można to również po prostu nazwać ciepłem lub ilością ciepła.