Allgemein gesehen ist die Temperatur die Eigenschaft, die den Transfer von thermischer Energie in Form von Wärme zwischen zwei Systemen beschreibt. Haben zwei Körper in Wärmekontakt, was man als thermisch gekoppelt bezeichnet, unterschiedliche Temperaturen, so wird Energie solange vom wärmeren zum kälteren Körper übertragen, bis Temperaturgleichheit (thermisches Gleichgewicht) herrscht.

Die Temperatur ist damit ein Maß für den durchschnittlichen ungerichteten, also zufälligen, Bewegungsenergieanteil (kinetische Energie) einer Ansammlung von Teilchen. Eine Wärmezufuhr steigert die Bewegung der Moleküle und damit die thermische Energie, eine Wärmeabfuhr verringert sie.

Temperaturdifferenzen können vom Prinzip her auch in Grad Celsius angegeben werden, das den gleichen Skalenabstand aufweist wie die Kelvin-Skala, dessen Nullpunkt sich aber auf den Gefrierpunkt von Wasser beim Normaldruck (mittlerer Luftdruck auf Meereshöhe) bezieht. Der so festgelegte Gefrierpunkt liegt gerade 0,01 K unterhalb der Temperatur des Tripelpunktes von Wasser.

Unter Wärmeleitung, auch Wärmediffusion genannt, wird in der Physik der Wärmefluss in einem Kontinuum (Feststoff oder ruhendes Fluid) zufolge eines Temperaturunterschiedes verstanden. Wärme fließt dabei aufgrund des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik von selbst immer nur in Richtung geringerer Temperatur.

Konvektion (von lat. convehere = mittragen, mitnehmen) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragung durch den Transport von Teilchen, die ihre kinetische Energie mitführen, bewerkstelligt wird.

Naturgemäß ist bei der freien Konvektion die Richtung der Strömung durch die Gravitation vorgegeben, denn die Strömung wird durch Dichte- und damit Gewichtsunterschiede bewirkt. Für eine optimale Nutzung ist deshalb eine vertikale Ausrichtung der Oberfläche des festen Körpers anzustreben.

Ein über einer temperierten horizontalen Fläche stehendes Fluid (Beispiel: Luft über erwärmter Erdoberfläche, Wasser im Kochtopf) überströmt die Fläche im Normalfall nicht und bildet auch keine Grenzschicht, weil die Auftriebskräfte senkrecht zur Oberfläche stehen. Man kann auch sagen, das ganze Fluid besteht aus Grenzschicht, da sich die Temperatur nach oben bis zur Oberfläche ändert.

Wärmestrahlung ist elektromagnetische Strahlung, die ein Körper abhängig von seiner Temperatur emittiert.

In der Physik von besonderer Bedeutung ist das Konzept des Schwarzen Körpers, eines idealisierten Emitters und Absorbers von Wärmestrahlung, der sich im thermischen Gleichgewicht mit seiner Umgebung befindet. Ein schwarzer Körper nimmt auftreffende elektromagnetische Strahlung, etwa Licht, vollständig auf (Absorption). Andererseits gibt er aufgrund seiner thermischen Energie (Temperatur) Strahlung einer bestimmten spektralen Verteilung ab (Emission). Er lässt weder Strahlung durch sich hindurch (Transmission), noch spiegelt (Reflexion) oder streut er sie zurück (Diffusion). In der Realität können diese Eigenschaften nur annähernd auftreten.

Besonders gute technische Konstruktionen eines annähernd schwarzen Körpers sind Hohlkugeln oder geschlossene hohle Zylinder. Sie haben innen eine geschwärzte und aufgeraute Oberfläche. An einer Stelle ist ein winziges Loch. Dort hindurch eintretende Strahlung wird im Innenraum fast vollständig aufgenommen, kann damit von außen nicht "gesehen" werden. Die Wärme in einer solchen Hohlkugel lässt durch das Loch die so genannte Hohlraumstrahlung austreten. Bei Temperaturen von ca. 1000K und mehr kann man die Strahlung als Glut sehen. Das Loch verhält sich somit nahezu wie ein schwarzer Körper. Ein schwarzer Körper ist ein Gedankenmodell und muss weder schwarz noch ein Körper sein.

Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass es eine extensive Zustandsgröße Entropie S gibt, die in einem abgeschlossenen System niemals abnimmt. Bei spontan ablaufenden Prozessen, die man auch irreversibel nennt, findet immer eine Entropieproduktion statt. Die Wiederherstellung des (oft 'geordneter' genannten) Anfangszustandes erfordert dann den Einsatz von Energie, oder Information (siehe Maxwell'scher Dämon). Reversible Prozesse sind nicht mit einer Produktion der Gesamtentropie verbunden und laufen daher auch nicht spontan ab.

Durch die theoretische Beschreibung spontan ablaufender Prozesse zeichnet der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik eine Richtung der Zeit aus, die mit unserer intuitiven Erfahrungswelt übereinstimmt. Es sind viele Schlussfolgerungen möglich. Einige davon sind:

1. Alle spontan (in eine Richtung) ablaufenden Prozesse sind irreversibel.
2. Alle Prozesse, bei denen Reibung stattfindet, sind irreversibel.
3. Ausgleichs- und Mischungsvorgänge sind irreversibel.
4. Das Gleichgewicht isolierter thermodynamischer Systeme ist durch ein Maximalprinzip der Entropie ausgezeichnet.

Andererseits bedeutet höhere Entropie nicht immer auch lokal höhere Unordnung. Die Tatsache, dass unterhalb des Gefrierpunktes ungeordnetes Wasser zu stärker geordnetem Eis kristallisiert, zeigt, dass dieser Vorgang insgesamt zu einer Entropieerhöhung führt. Diese kommt dadurch zustande, dass die beim Kristallisieren abgegebene Schmelzwärme die Entropie stärker erhöht, als sie durch die Kristallisation des Wassers erniedrigt wird.