热量是系统与外界通过传热交换能量的量度，是一个过程量而非态函数。当两个温度不同的物体接触时，高温物体会降温，低温物体会升温，此时我们说热量从高温物体传到了低温物体，对于一个物体而言其内能的变化量就等于外界向它传递的热量。

热量是系统与外界通过传热交换能量的量度，当系统通过单纯的传热过程发生状态改变时，外界向系统传递的热量等于系统内能的变化量。

热量是过程量而非态函数，因此我们不能说物体具有多少热量，只能说某一过程中物体吸收或放出了多少热量。

对于“热量的本质是什么”，历史上有两种不同的观点。一种是热的运动说（热动说），认为热是粒子运动的表现，物体由于粒子的剧烈运动而发热。另一种是热的物质说（热质说），认为热是一种看不见的物质，称为热质，越热的物体含有越多的热质，且热质既不能产生也不能消灭，在传递过程中守恒。1798年，伦福德观察了用钻头加工炮筒时摩擦生热现象，发现其中的规律不能用热质说来解释，因此认为热并不是一种物质，这么多的热量应当来自钻头克服金属摩擦力所做的机械功，他还用实验数据表明了摩擦所产生的热近似地与所做的机械功成正比。

19世纪30年代，人们逐渐认识到，为了使系统的热力学状态发生变化，既可以向它传热，也可以对它做功。英国物理学家焦耳深信热是物体中大量微粒机械运动的宏观表现，于是从1840到1879年进行了各种实验，以求精确测定外界对系统做功和传热对于系统状态的影响以及功与热的关系，并于1850年发表了热功当量的测定结果为4.157J/cal。为精益求精，焦耳又采用更多种实验方式测得大量的数据，尽管所用的方法、设备、材料各不相同，但结果相差不大。焦耳的实验工作以大量确凿的证据否定了热质说，指出一定热量的产生（或消失）总伴随着等量的其它形式的能量（如机械能、电能）的消失（或产生），这说明并不存在什么单独守恒的热质，事实是热与机械能、电能等合在一起是守恒的，热量不是传递着的热质而是传递着的能量。焦耳这些研究工作为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了坚实的实验基础。

虽然热量可以在不同物体之间传递，也可以和功相互转化，但人们发现这些现象具有方向性，并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能自发地进行。19世纪50年代，德国物理学家克劳修斯和英国物理学家开尔文从不同的角度提出了热力学第二定律的两种等价表述，分别指出了热量的传递和与功的转化过程中的不可逆性，为能量耗散和能源有限的事实提供了理论依据。

一个热力学系统内部各种形式的能量的总和称为该系统的热力学能，又称内能，用符号表示。热力学能包括了系统内一切形式的能量，如分子的平动能、振动能、转动能，电子运动的能以及原子核内的能等，但不包括整个系统的动能以及系统在外力场中的势能。系统的内能的绝对值是无法测量的，但可用实验测量内能的变化量。

做功可以改变系统的内能，例如摩擦生热。当系统经绝热过程（不从外界吸热也不向外界放热）从状态1到达状态2时，其内能的变化量

就等于外界对系统做的功，即

此外，传热也可以改变系统的内能，例如两个温度不同的物体接触时，高温物体会降温而低温物体会升温。当系统经单纯的传热从状态1到达状态2时，我们用其内能的变化量 来衡量外界向系统传递的热量 ，因此内能的变化量就等于热量，即

热量可以为负值，表示系统向外界传递热量。

焦耳通过大量的实验说明了做功和传热对于改变系统的内能来说是等价的，因此当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的变化量就应该是

这就是热力学第一定律。由此可知，热量和功一样，都是能量传递的形式，因而具有与能量相同的单位。在国际单位制中，热量、功、能量的单位都是焦耳（J），其定定义为 。精确的实验给出，历史上出现的热量的单位卡路里（cal）与焦耳的换算关系（热功当量）为 ，即4.186 J的功使系统增加的内能与1 cal的热量传递所增加内能相同。

热量可以通过三种不同的方式在物质内部或物体之间传递：对流、热传导和辐射。

对流是流体的传热方式。由于较冷的物质往往密度较大，而较热的物质密度较小，所以如果某物质从下方被加热，较冷的物质会移动下来取代上升的较热物质的位置，其本身也会被加热，如此便形成了对流单元。

热传导在固体、液体、气体中均可发生，但流体中的热传导也会伴随着对流。当介质中运动较快的粒子与较慢的粒子碰撞时，动能会发生转移，使得较慢的粒子运动更加剧烈，从而最终导致整个介质中各部分的温度趋于均匀化，除非有热源持续提高介质一端粒子的动能。

辐射与前两种方式不同，它依靠电磁波，所以可在真空（例如太空）中进行。所有由普通物质构成的物体都在不断吸收周围环境中的辐射（使自身温度升高），同时也持续向外辐射，其发射的波长和能量随物体温度的变化而变化，但大多数物体的热辐射都集中在光谱的红外区域。太阳光照射地球上的物体使之升温，即属于辐射。

当温度不同的两个物体接触发生传热时，如果没有第三者的介入，热量一定是从高温物体传到低温物体。事实上，热力学第二定律的克劳修斯表述指出，热量不能自发地从低温物体传到高温物体。这里的“自发”指的是，不需要任何第三者介入，不引起任何其它变化。这说明了热量传递的方向性。

根据热力学第二定律，要使热量从低温物体传到高温物体，就一定需要第三者介入。制冷机就是这样一种机器，它在循环动作中，外界对机器做功（电功、机械功等） ，使工作物质从低温热源吸收热量 ，并向高温热源放出热量 ，这是电冰箱、空调等常见设备的工作原理。电冰箱工作时，热量确实从低温物体——内部的食品，传到了高温物体——外界的空气，但这个过程必须有第三者的介入——必须开动压缩机（电流做功），否则如果不供电，压缩机会停止工作，自发的过程则是热量从外界的高温空气传到内部的低温食品。

摩擦生热的现象表明，做功可以产生热量，且功可以完全变成热（准确来说应该是机械能可以完全转化为内能）。例如，车辆通过闸片与制动盘的摩擦进行制动，使机械能完全变成内能耗散到周围的环境中。此外，电流通过电阻将产生热量，此时电能转化为内能。在这些过程中，内能的增加量等于机械能、电能的减少量，这是能量守恒定律的必然结果。

热量也可以转化为功（内能变成机械能），例如热机工作时，工作物质吸收燃料燃烧产生的热量，用于对外做功。热机的一个重要指标是它的效率，即吸收的热量有多少转化为有用的功，定义为它在整个循环过程中对外做的功 与吸收的热量 之比，即

由于漏气、摩擦等损失的存在，热机的效率不会达到100%。然而，即使没有这些损失，工作物质吸收的热量也不可能完全用于做功，尽管这不违背能量守恒定律。大量的事实表明，热机工作时不可能只有一个热源，它在从高温热源吸热用于做功的同时，一定会向另外一个低温热源放热。英国物理学家开尔文在总结实践经验的基础上，提出了热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功而不产生其它影响。这表明了热功转化的方向性，即功可以完全变成热，但热不能完全转化为功而不产生其它影响。进一步的推导表明，在温度为 的高温热源和温度为 的低温热源之间工作的热机的效率不可能超过 。