Nhiệt có liên quan đến sự thay đổi hóa học theo hai cách; các thay đổi hóa học dẫn đến nhiệt được thêm vào hoặc loại bỏ khỏi một vật thể và các thay đổi hóa học đòi hỏi một lượng nhiệt nhất định trước khi chúng có thể diễn ra. Cả hai cơ chế thay đổi hóa học này đều liên quan đến các đặc tính nhiệt của chất liên quan hoặc các chất và môi trường mà sự thay đổi hóa học đang diễn ra.
Một số thay đổi trong hóa học làm thay đổi toàn bộ cấu trúc của chính một chất. Trong các biến đổi hóa học liên quan đến sự thay đổi trạng thái, thường có sự trao đổi nhiệt giữa chất thay đổi và môi trường nó ở trong. Khi nhiệt được thêm vào một chất, quá trình này được phân loại là quá trình thu nhiệt. Điều này xảy ra trong các thay đổi như nóng chảy và hóa hơi. Ngược lại, khi nhiệt lượng được lấy ra khỏi một chất, sự thay đổi được gọi là tỏa nhiệt. Ví dụ về phản ứng tỏa nhiệt bao gồm đóng băng và ngưng tụ.
Nhiệt rất quan trọng đối với sự thay đổi hóa học theo một cách khác. Phản ứng hóa học đòi hỏi một lượng năng lượng nhất định. Lượng năng lượng cụ thể cần thiết thay đổi theo từng kiểu thay đổi và được gọi là năng lượng hoạt hóa cho phản ứng đó. Nhiệt, như một dạng năng lượng, là cần thiết để tạo điều kiện cho những thay đổi hóa học này.
