Nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik kann Energie innerhalb eines Systems von einem heißen auf ein kaltes Objekt übertragen werden, da jedes isolierte System im Laufe der Zeit dazu neigt, ungeordnet zu werden. Die Moleküle in einem kalten Objekt werden ungeordneter, indem sie durch Wärmeleitung, Konvektion oder Strahlung Wärme aufnehmen.
Die Moleküle in einem heißen Objekt neigen dazu, mit einer höheren kinetischen Energie ungeordneter zu sein. Das bedeutet, dass sie sich schneller bewegen und häufiger mit anderen Molekülen kollidieren. Wenn die Moleküle eines heißen Objekts mit denen eines kalten Objekts kollidieren, wird die kinetische Energie vom heißen Molekül auf das kalte Molekül übertragen, wodurch die kinetische Energie der Moleküle im kalten Objekt erhöht wird. Die Änderung der durchschnittlichen kinetischen Energie der Moleküle wird als Temperaturänderung aufgezeichnet.
Wärmeenergie kann von einem heißen Objekt auf ein kaltes Objekt durch Wärmeleitung, Konvektion oder Strahlung übertragen werden, abhängig von den Materialien, aus denen die Objekte bestehen, sowie vom Abstand zwischen ihnen. Festkörper übertragen Wärme durch Leitung, wobei die beiden Objekte miteinander in Kontakt sein müssen, um Kollisionen zwischen den Molekülen und eine Übertragung von kinetischer Energie zu ermöglichen. Flüssigkeiten und Gase übertragen Wärme durch Konvektion, wobei eine Zunahme der kinetischen Energie der Moleküle dazu führt, dass sie sich weiter voneinander entfernen, wodurch die Dichte der Flüssigkeit verringert wird. Aus diesem Grund neigen warme Flüssigkeiten dazu, aufzusteigen und kalte Flüssigkeiten zu sinken.
Wärme kann auch ohne den Einsatz von Molekülen durch Strahlung in Form von elektromagnetischen Wellen über große Distanzen übertragen werden. Ihre Energie erhöht die kinetische Energie der Moleküle in kalten Objekten, die als Temperaturerhöhung gemessen wird.
