La température est directement proportionnelle à l'énergie cinétique moyenne des molécules dans une substance. Si le degré de mouvement des molécules à l'intérieur d'un objet double, la température doublera également.
La température est utilisée comme mesure de la chaleur dans un objet en mesurant la quantité d'énergie cinétique dans les molécules qui composent l'objet. Un objet froid aura des molécules qui bougent très peu. Lorsque de la chaleur est fournie à un objet froid, l'énergie des molécules dans l'objet augmente. En effet, la chaleur est une forme d'énergie qui peut être transférée de la source de chaleur aux molécules, et elle peut également changer de forme de chaleur en mouvement. Les molécules qui ont gagné de l'énergie supplémentaire auront une tendance plus élevée à se déplacer plus que les molécules qui n'ont pas gagné l'énergie supplémentaire. L'énergie du mouvement est appelée énergie cinétique. Lorsque les molécules bougent ou vibrent davantage, elles ont une énergie cinétique plus élevée, ce qui est enregistré comme une augmentation de la température.
Bien que dans la plupart des cas, fournir de la chaleur à un objet entraîne une augmentation de la température, il existe des exceptions à cette règle. Lorsque la chaleur fournie provoque un changement de phase dans l'objet (fusion, ébullition, condensation ou congélation), toute l'énergie thermique est utilisée pour réarranger les molécules dans la nouvelle phase. Pendant le changement de phase, le changement d'énergie cinétique n'entraîne pas de changement de température.
