Energia cieplna (termiczna) jest częścią energii wewnętrznej układu wynikającą z ruchu (energii kinetycznej) znajdujących się w nim cząsteczek. Miarą tego ruchu jest temperatura, czyli średnia energia kinetyczna układu. Im cząsteczki poruszają się szybciej, tym większa temperatura oraz energia cieplna układu. Termin energia cieplna jest często stosowany zamiennie z pojęciem ciepła, ale w rzeczywistości nie jest z nim tożsamy. Ciepło jest tylko jedną z form przekazywania energii poprzez przewodnictwo (bezpośredni kontakt). Pozostałe to konwekcja lub promieniowanie. Jednostką energii cieplnej w układzie SI jest 1 J (dżul). Przepływ energii cieplnej zwiększa nieuporządkowanie układu (entropię).