Energin som är förknippad med den slumpmässiga rörelsen av molekyler eller atomer i ett ämne kallas termisk energi eller intern energi. Det är ett mått på den mikroskopiska kinetiska energin hos partiklarna som utgör materialet. Termisk energi är direkt proportionell mot ämnets temperatur och ökar när temperaturen stiger. När värme tillförs ett system ökar dess termiska energi, vilket gör att partiklarna rör sig snabbare och kolliderar med varandra och behållarens väggar oftare. Omvänt, när värme avlägsnas, minskar den termiska energin, och partiklarna saktar ner.