Theo định luật nhiệt động lực học thứ hai, năng lượng trong một hệ có thể được chuyển từ một vật nóng sang vật lạnh bởi vì mọi hệ cô lập đều có xu hướng trở nên rối loạn theo thời gian. Các phân tử trong vật thể lạnh trở nên rối loạn hơn khi thu nhiệt thông qua các quá trình dẫn, đối lưu hoặc bức xạ.
Các phân tử bên trong một vật thể nóng có xu hướng rối loạn hơn với động năng cao hơn. Điều này có nghĩa là chúng di chuyển xung quanh nhanh hơn và chịu va chạm thường xuyên hơn với các phân tử khác. Khi các phân tử của vật nóng va chạm với phân tử của vật lạnh, động năng được truyền từ phân tử nóng sang phân tử lạnh, do đó động năng của các phân tử trong vật lạnh sẽ tăng lên. Sự thay đổi động năng trung bình của các phân tử được ghi lại dưới dạng sự thay đổi của nhiệt độ.
Năng lượng nhiệt có thể được truyền từ một vật nóng sang vật lạnh thông qua dẫn truyền, đối lưu hoặc bức xạ, tùy thuộc vào vật liệu làm ra các vật đó cũng như khoảng cách giữa chúng. Chất rắn truyền nhiệt thông qua sự dẫn mà hai vật phải tiếp xúc với nhau để tạo ra va chạm giữa các phân tử và truyền động năng. Chất lỏng và chất khí truyền nhiệt thông qua đối lưu, trong đó động năng của các phân tử tăng lên làm cho chúng di chuyển ra xa nhau hơn, do đó làm giảm khối lượng riêng của chất lỏng. Đây là lý do mà chất lỏng ấm có xu hướng nổi lên và chất lỏng lạnh có xu hướng chìm xuống.Nhiệt cũng có thể được truyền qua một khoảng cách xa mà không cần sử dụng các phân tử thông qua bức xạ dưới dạng sóng điện từ. Năng lượng của chúng làm tăng động năng của các phân tử trong vật thể lạnh, được đo bằng sự tăng nhiệt độ.
