Isı enerjisini anlamak için maddenin yapısal özelliklerini anlamak gerekir. Maddeler, atom ve molekül denilen küçük parçacıklardan oluşur. Bu parçacıklar sürekli hareket hâlindedir. Katı hâldeki maddelerin atomları bile titreşir. Sıvılar ve gazların atomları titreşmenin yanı sıra yer de değiştirirler. Her atom ve molekülün kendine ait bir kinetik enerjisi olduğunu da söyleyebiliriz. Maddeyi oluşturan her atom ve molekülün sahip olduğu kinetik enerjilerin toplamı, maddenin ısı enerjisini verir. Maddenin sahip olduğu ısı enerjisi, maddedeki toplam atom ya da molekül sayısına ve bu parçacıkların ortalama kinetik enerjisine bağlıdır. Parçacık başına ortalama ısı enerjisinin göstergesiyse “sıcaklık”tır. Bir madde ısıtıldığında, maddenin sıcaklığı artırılmış olur.
Maddenin sahip olduğu ısı ölçülemez, ancak sıcaklığı ölçülebilir. Bunun için kullanılan araçlara termometre denir. Sıcaklık ölçüsü temel birimi “derece selsiyus” tur ve °C ile gösterilir. Isı ve sıcaklık iki ayrı kavramdır. Örneğin “havanın ısısı bugün 35 °C” demek yanlıştır. Doğrusu “Havanın sıcaklığı bugün 35 °C” olmalıdır. Çünkü ısı bir enerji türü, sıcaklıksa bir değişkendir.