De acordo com a segunda lei da termodinâmica, a energia dentro de um sistema pode ser transferida de um objeto quente para um frio porque todo sistema isolado tende a se tornar desordenado com o tempo. As moléculas em um objeto frio tornam-se mais desordenadas ganhando calor por meio dos processos de condução, convecção ou radiação.
As moléculas dentro de um objeto quente tendem a ser mais desordenadas com uma energia cinética mais alta. Isso significa que eles se movem mais rapidamente e sofrem colisões mais frequentes com outras moléculas. Quando as moléculas de um objeto quente colidem com as de um objeto frio, a energia cinética é transferida da molécula quente para a molécula fria, aumentando assim a energia cinética das moléculas no objeto frio. A mudança na energia cinética média das moléculas é registrada como uma mudança na temperatura.
A energia térmica pode ser transferida de um objeto quente para um objeto frio por meio de condução, convecção ou radiação, dependendo dos materiais de que os objetos são feitos e da distância entre eles. Os sólidos transferem calor por condução onde os dois objetos devem estar em contato um com o outro para permitir colisões entre as moléculas e uma transferência de energia cinética. Líquidos e gases transferem calor por convecção, onde um aumento na energia cinética das moléculas faz com que elas se afastem umas das outras, diminuindo assim a densidade do fluido. Esta é a razão pela qual os líquidos quentes tendem a subir e os frios tendem a afundar.
O calor também pode ser transferido por longas distâncias sem o uso de moléculas por meio da radiação na forma de ondas eletromagnéticas. Sua energia aumenta a energia cinética das moléculas em objetos frios, que é medida como um aumento na temperatura.
