Energia wewnętrzna jest to jakby suma energii ciała oddana do dyspozycji zjawisk cieplnych. Składa się ona więc przede wszystkim z energii kinetycznej ruchu cząsteczek (czyli od temperatur) oraz energii wiązań międzycząsteczkowych.
Piszę „przede wszystkim” bo w pewnych sytuacjach do głosu mogą dojść dodatkowe energie (np. pola magnetycznego, chemiczna, jądrowa), które potrafią zaburzyć ten prosty obraz. Jednak w typowych przypadkach mamy do czynienia z powyższymi dwoma podstawowymi energiami.
Energia wewnętrzna ma ścisły związek z temperaturą- im większa jest energia wewnętrzna, tym większa będzie temperatura ciała.
Dla rozrzedzonych gazów jest to zależność ścisła - temperatura wzrasta dokładnie w takim stopniu jak energia wewnętrzna.
W przypadku cieczy i ciał stałych sprawa się nieco komplikuje. Tutaj na energię wewnętrzną ma wpływ nie tylko temperatura, ale oddziaływania między cząsteczkami. Wpływ tego ostatniego czynnika ujawnia się w szczególności podczas przejść fazowych - zmian stanu skupienia (np. topnienia, czy parowania.
W przypadku gazu doskonałego zmiana energii wewnętrznej równa jest zmianie energii kinetycznej cząsteczek i wyraża ją wzór
gdzie
- n – liczba moli gazu,
- CV – ciepło molowe przy stałej objętości,
- ΔT – zmiana temperatury gazu.