Conform celei de-a doua lege a termodinamicii, energia dintr-un sistem poate fi transferată dintr-un obiect fierbinte la rece deoarece fiecare sistem izolat tinde să devină dezordonat de-a lungul timpului. Moleculele dintr-un obiect rece devin mai dezordonate prin câștigarea căldurii prin procesele de conducere, convecție sau radiație.
Moleculele dintr-un obiect fierbinte tind să fie mai dezordonate cu o energie cinetică mai mare. Aceasta înseamnă că se deplasează mai rapid și că se confruntă cu coliziuni mai frecvente cu alte molecule. Atunci când moleculele unui obiect fierbinte se ciocnesc cu cele ale unui obiect rece, energia cinetică este transferată de la molecula fierbinte la molecula rece, crescând astfel energia cinetică a moleculelor din obiectul rece. Schimbarea energiei cinetice medii a moleculelor este înregistrată ca o schimbare a temperaturii.
Energia termică poate fi transferată de la un obiect fierbinte la un obiect rece prin conducție, convecție sau radiație, în funcție de materialele pe care sunt realizate obiectele și de distanța dintre ele. Solidii transferă căldură prin conducere, unde cele două obiecte trebuie să fie în contact unul cu celălalt, pentru a permite coliziunile între molecule și transferul energiei cinetice. Lichidele și gazele transferă căldură prin convecție, unde o creștere a energiei cinetice a moleculelor le determină să se deplaseze mai departe unele de altele, reducând astfel densitatea fluidului. Acesta este motivul pentru care lichidele calde tind să crească, iar fluidele reci tind să se scufunde.
Căldura poate fi de asemenea transferată pe distanțe lungi fără utilizarea moleculelor prin radiații sub formă de unde electromagnetice. Energia lor crește energia cinetică a moleculelor în obiecte reci, măsurată ca o creștere a temperaturii.
