Secondo la seconda legge della termodinamica, l'energia all'interno di un sistema può essere trasferita da un oggetto caldo a uno freddo perché ogni sistema isolato tende a diventare disordinato nel tempo. Le molecole di un oggetto freddo diventano più disordinate guadagnando calore attraverso i processi di conduzione, convezione o radiazione.
Le molecole all'interno di un oggetto caldo tendono ad essere più disordinate con una maggiore energia cinetica. Ciò significa che si muovono più rapidamente e subiscono collisioni più frequenti con altre molecole. Quando le molecole di un oggetto caldo si scontrano con quelle di un oggetto freddo, l'energia cinetica viene trasferita dalla molecola calda alla molecola fredda, aumentando così l'energia cinetica delle molecole nell'oggetto freddo. Il cambiamento nell'energia cinetica media delle molecole viene registrato come un cambiamento di temperatura.
L'energia termica può essere trasferita da un oggetto caldo a un oggetto freddo per conduzione, convezione o radiazione, a seconda dei materiali di cui sono fatti gli oggetti e della distanza tra loro. I solidi trasferiscono il calore attraverso la conduzione in cui i due oggetti devono essere in contatto tra loro al fine di consentire collisioni tra le molecole e un trasferimento di energia cinetica. Liquidi e gas trasferiscono il calore attraverso la convezione, dove un aumento di energia cinetica delle molecole li fa allontanare gli uni dagli altri, riducendo così la densità del fluido. Questo è il motivo per cui i fluidi caldi tendono a salire ei fluidi freddi tendono ad affondare.
Il calore può anche essere trasferito su lunghe distanze senza l'uso di molecole attraverso la radiazione sotto forma di onde elettromagnetiche. La loro energia aumenta l'energia cinetica delle molecole negli oggetti freddi, che viene misurata come un aumento della temperatura.
