i termodynamik är värme energi vid överföring till eller från ett termodynamiskt system, genom andra mekanismer än termodynamiskt arbete eller överföring av materia. Värme avser en mängd som överförs mellan system, inte till en egenskap hos något system, eller ’innesluten’ i det. Å andra sidan är intern energi en egenskap hos ett enda system. Värme och arbete beror på hur en energiöverföring inträffade, medan intern energi är en egenskap hos ett systems tillstånd och därmed kan förstås utan att veta hur energin kom dit.

i en statistisk mekanisk redogörelse för en ideal gas, där molekylerna rör sig oberoende mellan momentana kollisioner, är den inre energin summan av gasens oberoende partiklars kinetiska energier, och det är denna kinetiska rörelse som är källan och effekten av överföringen av värme över ett systems gräns. För en gas som inte har partikelinteraktioner förutom momentana kollisioner är termen ’termisk energi’ effektivt synonymt med ’intern energi’. I många statistiska fysiktexter hänvisar ”termisk energi” till k T {\displaystyle kT} , produkten av Boltzmanns konstant och den absoluta temperaturen, även skriven som k B T {\displaystyle k_{\text{B}}T} . I ett material, särskilt i kondenserad materia, såsom en vätska eller ett fast ämne, där de ingående partiklarna, såsom molekyler eller joner, interagerar starkt med varandra, bidrar energierna för sådana interaktioner starkt till kroppens inre energi, men är inte helt enkelt uppenbara i temperaturen.

termen ’termisk energi’ appliceras också på den energi som bärs av ett värmeflöde, även om detta också helt enkelt kan kallas värme eller mängd värme.