La temperatura è direttamente proporzionale all'energia cinetica media delle molecole in una sostanza. Se il grado di movimento delle molecole all'interno di un oggetto raddoppia, anche la temperatura raddoppierà.
La temperatura viene utilizzata come misura del calore in un oggetto misurando la quantità di energia cinetica nelle molecole che compongono l'oggetto. Un oggetto freddo avrà molecole che si muovono molto poco. Quando il calore viene fornito ad un oggetto freddo, l'energia delle molecole nell'oggetto aumenta. Questo perché il calore è una forma di energia che può essere trasferita dalla fonte di calore alle molecole e può anche cambiare la sua forma dal calore al movimento. Le molecole che hanno guadagnato energia extra avranno una maggiore tendenza a muoversi più delle molecole che non hanno guadagnato l'energia extra. L'energia del movimento è chiamata energia cinetica. Quando le molecole si muovono o vibrano di più, hanno una maggiore energia cinetica, e questo è registrato come un aumento della temperatura.
Mentre nella maggior parte dei casi, fornire calore a un oggetto comporta un aumento della temperatura, ci sono eccezioni a questa regola. Quando il calore fornito provoca un cambiamento di fase nell'oggetto (fusione, ebollizione, condensazione o congelamento), tutta l'energia termica viene utilizzata per riorganizzare le molecole nella nuova fase. Durante il cambio di fase, il cambio di energia cinetica non determina un cambiamento di temperatura.
