Sıcaklık, bir maddedeki moleküllerin ortalama kinetik enerjisi ile doğru orantılıdır. Eğer bir nesnenin içindeki moleküllerin hareket derecesi iki katına çıkarsa, sıcaklık da iki katına çıkar.
Sıcaklık, nesneyi oluşturan moleküllerdeki kinetik enerji miktarını ölçerek bir nesnede ısı için bir ölçü olarak kullanılır. Soğuk bir cisim çok az hareket eden moleküllere sahip olacaktır. Soğuk bir nesneye ısı verildiğinde, nesnedeki moleküllerin enerjisi artar. Bunun nedeni, ısının, ısı kaynağından moleküllere transfer edilebilecek bir enerji şekli olması ve şeklini de ısıdan harekete değiştirebilmesidir. Ekstra enerji kazanmış olan moleküller, ekstra enerji kazanmamış olan moleküllerden daha fazla hareket etme eğiliminde olacaktır. Hareket enerjisine kinetik enerji denir. Moleküller daha fazla hareket ettiğinde veya titreştiğinde, kinetik enerjileri daha yüksek olur ve bu sıcaklıkta bir artış olarak kaydedilir.
Çoğu durumda, bir nesneye ısı sağlamak sıcaklıkta bir artışa neden olurken, bu kuralın istisnaları vardır. Sağlanan ısı nesnede bir faz değişikliğine neden olduğunda (erime, kaynama, yoğuşma veya donma), tüm ısı enerjisi molekülleri yeni faza yeniden düzenlemek için kullanılır. Faz değişimi sırasında kinetik enerjideki değişim, sıcaklıkta bir değişikliğe neden olmaz.
