Temperatura jest wprost proporcjonalna do średniej energii kinetycznej cząsteczek w substancji. Jeśli stopień ruchu cząsteczek wewnątrz obiektu podwaja się, temperatura również się podwoi.
Temperatura jest używana jako miara ciepła w obiekcie poprzez pomiar ilości energii kinetycznej w cząsteczkach, które tworzą obiekt. Zimny obiekt będzie miał cząsteczki, które poruszają się bardzo niewiele. Kiedy ciepło dostarczane jest do zimnego przedmiotu, energia cząsteczek w obiekcie wzrasta. Dzieje się tak dlatego, że ciepło jest formą energii, która może być przenoszona ze źródła ciepła na cząsteczki, a także może zmieniać swoją formę z ciepła na ruch. Cząsteczki, które uzyskały dodatkową energię, będą miały większą skłonność do poruszania się bardziej niż cząsteczki, które nie uzyskały dodatkowej energii. Energia ruchu nazywana jest energią kinetyczną. Kiedy cząsteczki poruszają się lub wibrują bardziej, mają wyższą energię kinetyczną i jest to rejestrowane jako wzrost temperatury.
Podczas gdy w większości przypadków dostarczanie ciepła do obiektu powoduje wzrost temperatury, istnieją wyjątki od tej reguły. Kiedy dostarczane ciepło powoduje zmianę fazy obiektu (topienie, wrzenie, kondensacja lub zamarzanie), cała energia cieplna jest wykorzystywana do rearanżacji cząsteczek w nową fazę. Podczas zmiany fazy zmiana energii kinetycznej nie powoduje zmiany temperatury.
