Wärme ist die Energie , die zwischen zwei Systemen lediglich aufgrund eines Temperaturunterschieds übertragen wird (-> Wärmeübertragung). Führt man einem Körper Energie in Form von Wärme zu, so wird sie als thermische Energie gespeichert, indem sich die kinetische Energie (Bewegungsenergie) und damit die Durchschnittsgeschwindigkeit der Teilchen erhöht. Eine andere Möglichkeit, die thermische Energie und damit die Temperatur eines Körpers zu erhöhen, besteht in der Zufuhr von Arbeit, z.B. einer mechanischen Einwirkung durch Druck oder Reibung. Umgekehrt gibt ein Körper Energie in Form von Wärme an angrenzende, kältere Körper ab: Die Teilchen in den Randzonen kollidieren mit den sich langsamer bewegenden Teilchen des angrenzenden Körpers und und beschleunigen diese; dabei geben sie einen Teil der eigenen Bewegungsenergie ab, was zu einem Absinken der Temperatur führt, während der andere Körper erwärmt wird. Im physikalischen Sinne ist auch die Umgebungsluft ein Körper, an die z.B. die Körperwärme von Tieren und Menschen abgegeben wird, wenn die Lufttemperatur niedriger als die Körpertemperatur ist. 

Jeder physikalische Körper besitzt ein gewissen Maß an „innerer Energie“ auf atomarer bzw. molekularer Ebene. Diese Energie ist in unterschiedlichen Formen vorhanden, z.B. als Bindungsenergie zwischen den Atomen eines Moleküls, als Bindungsenergie zwischen den Elementarteilchen eines Atoms und als Bewegungsenergie der Teilchen eines Stoffes; für den Kontext Wärme ist als Teil der inneren Energie vor allem diese kinetische Energie (=Bewegungsenergie) der Atome bzw. Moleküle eines physikalischen Körpers interessant; sie wird auch als „thermische Energie“ bezeichnet.

Die Teilchen, aus denen ein Stoff besteht, bewegen sich innerhalb des Stoffverbunds - je nach Aggregatzustand und strukturellem Aufbau - mehr oder weniger frei. Die durchschnittliche Geschwindigkeit, mit der das geschieht, bestimmt die Temperatur des Körpers. Temperatur, Teilchengeschwindigkeit und thermische Energie sind weitgehend proportional zueinander: je höher die Temperatur, desto höher auch die durchschnittliche Geschwindigkeit der Teilchen und das Maß an thermischer Energie.

Zudem hängt die thermische Energie von der Stoffmenge (also von der Menge der bewegten Teilchen) ab. Die Energie in einem Tropfen kochenden Wassers (knapp 100° C) reicht bei weitem nicht aus, um die fünf Liter kalten Wasser (ca. 18°C) in einer Spülschüssel spürbar zu erhöhen - ein Liter kochenden Wassers bewirkt einen deutlichen Temperaturanstieg. Die Physik spricht von einer mengenabhängigen oder "extensiven Größe"; im Gegensatz dazu ist die Temperatur eine "intensive", weil mengenunabhängige Größe: teilt man z.B einen Eiswürfel, haben die beiden Hälften immer noch dieselbe Temperatur, ihre thermische Energie beträgt aber nur noch jeweils die Hälfte. 

• Temperatur - intensive Größe - mengenunabhängig -  gemessen in Grad Celsius oder Grad Kelvin
• thermische Energie - extensive Größe - mengenabhängig - gemessen in Joule

Wird thermische Energie von einem physikalischen Körper auf einen anderen übertragen (Wärmetransport), wird diese Energie als "Wärme" bezeichnet. 

Alle festen, flüssigen und gasförmigen Stoffe bestehen aus kleinen Teilchen, den Atomen und Molekülen. Zwischen den Teilchen wirken Kräfte, die u.a. für einen mehr oder weniger festen Zusammenhalt des Stoffs sorgen und seine Materialeigenschaften wesentlich bestimmen.

Die Teilchen befinden sich in ständiger, ungeordneter Bewegung, in unterschiedlichen Richtungen und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten - je nach Aggregatzustand und strukturellem Aufbau des Stoffes mehr oder weniger frei: in einem Kristall schwingen die Kristall-Ionen innerhalb der festen Anordnung des Kristallgitters in mehreren Raumrichtungen hin und her, in einem Gas bewegen sich die Moleküle völlig frei in beliebigen Richtungen, bis sie mit anderen Teilchen kollidieren.

Die Energie, die dafür benötigt wird, nennt man thermische Energie. Auf makroskopischer Ebene heben sich diese Bewegungen auf, so dass sich ein Körper von sich aus in Ruhe befindet, obwohl seine Teilchen in heftiger Bewegung sind: eine heiße Kartoffel liegt ruhig auf dem Teller, obwohl ihre Wasser- und Stärkemoleküle sich heftig bewegen.

Der Mittelwert der Geschwindigkeitsbeträge ist aber stets größer als Null und steht in direktem Zusammenhang mit der Temperatur. Für feste, flüssige und gasförmige Körper gilt: Je größer die mittlere Geschwindigkeit seiner Teilchen ist, um so höher ist auch seine thermische Energie und seine Temperatur. Theoretisch ist deshalb eine Temperatur denkbar, bei der keine Teilchenbewegung mehr stattfindet: der absolute Nullpunkt, der mit 0 Kelvin entsprechend -273,15° C definiert ist. In der Realität ist diese Temperatur aber nicht zu erreichen.

Berühren sich zwei unterschiedlich temperierte physikalische Körper (dabei kann es sich auch um Flüssigkeits- oder Gasmengen handeln), kollidieren in den Berührungsflächen Teilchen beider Körper miteinander. Dabei geben die "schnelleren" Teilchen des wärmeren Körpers Bewegungsenergie (thermische Energie) an die "langsameren" des kälteren Körpers ab, und diese transportieren die Bewegung im kälteren Körper auf die gleiche Weise weiter - makroskopisch "wandert die Wärme" durch den kälteren Körper. Das setzt sich so lange fort, bis die Bewegungsenergie der Teilchen (also die thermische Energie) in beiden Körpern ausgeglichen ist. 

Für das Maß der ausgetauschten Energie (der Wärme) ist einerseits also die Temperaturdifferenz maßgeblich. Zum anderen spielt die Masse der Körper eine entscheidende Rolle. Ist die Masse des wärmeren Körpers relativ klein im Verhältnis zum kälteren, so muss die von den relativ wenigen Teilchen weitergegebene Energie reichen, um viele langsamere Teilchen im kälteren Körper zu beschleunigen - die durchschnittliche Geschwindigkeit (und damit die Temperatur des kälteren Körpers) wird nur wenig ansteigen; der wärmere Körper hingegen wird stark abkühlen, weil seine Teilchen viel Bewegungsenergie verlieren.

Temperatur ist eine Zustandsgröße, die Aufschluss über das Maß an thermischer Energie eines physikalischen Körpers gibt. Sie hängt eng mit der Durchschnittsgeschwindigkeit zusammen, mit der sich die Atome bzw. Moleküle des Körpers gegeneinander bewegen. Wenn zwei aneinander angrenzende Körper dieselbe Temperatur haben, fließt keine Wärme zwischen ihnen (-> Wärmetransport). Ist die Temperatur zweier Körper ungleich, gibt der Körper mit der höheren Temperatur Wärme an den Körper mit der niedrigeren Temperatur ab, bis ein thermisches Gleichgewicht erreicht ist, das zwischen den beiden Ausgangstemperaturen liegt.

Die Temperatur behält ihren Wert bei, auch wenn der Körper, an dem sie gemessen wird, geteilt wird - sie ist also unabhängig von der Stoffmenge: Beide Hälften eines geteilten Eiswürfels haben immer noch dieselbe Temperatur; das kochende Wasser im Topf hat dieselbe Temperatur wie der herausspritzende Tropfen. Die Physik spricht von einer „intensiven Größe“ - im Gegensatz zur „extensiven Größe“ der thermischen Energie, die mengenabhängig ist: zwei Eiswürfel kühlen ein Getränk stärker ab als nur einer; ein Tropfen kochendes Wasser verändert die Temperatur einer Spülschüssel mit fünf Litern kaltem Wasser so gut wie gar nicht, zwei Liter kochendes Wasser hingegen schon deutlich.

• Temperatur - intensive Größe - mengenunabhängig
• thermische Energie - extensive Größe - mengenabhängig

In der Regel steigt und fällt die Temperatur proportional mit dem Maß an innerer Energie. Ausnahmen bilden aber die Übergänge zwischen den Aggregatzuständen fest, flüssig und gasförmig. Um z.B. die Bindungskräfte zwischen den Teilchen einer Flüssigkeit zu überwinden, so dass diese sich in Gasform frei bewegen können, braucht es zusätzliche Energie, die dann keinen weiteren Temperaturanstieg mehr bewirken kann.

Wenn Wärmeübertragung durch die Weitergabe von Bewegungsenergie auf atomarer bzw. molekularer Ebene (thermische Energie) vonstatten geht, ist er natürlich am einfachsten zu verhindern, wenn gar kein oder nur sehr wenige Moleküle oder Atome vorhanden sind: in einem Vakuum. Diese Wirkung wird z.B. in Thermosbehältern genutzt, die aus einem doppelwandigen Gefäß bestehen, das weitgehend luftleer ist.

Aber auch feste, flüssige und gasförmige Stoffe leiten Wärme unterschiedlich gut. Die spezifische Wärmeleitfähigkeit ist eine Materialeigenschaft, von der abhängt, wie viel Wärme in einer Sekunde durch einen Körper (z.B. eine Stoffschicht oder eine Wand) fließen kann, wenn der Körper 1m dick ist die Berührungsfläche 1 Quadratmeter misst und der Temperaturunterschied 1 Grad (genauer: 1K) beträgt.

Stoffe mit guter Wärmeleitfähigkeit sind in der Regel schlechte Wärmespeicher - sie besitzen eine geringe Wärmekapazität und geben zugeführte Wärme eben weiter, statt sie als thermische Energie zu speichern.

Der Umstand, dass wir nicht die Temperatur, sondern nur den Wärmestrom wahrnehmen, führt im Alltag zu einer Reihe von Sinnestäuschungen, die die Herausbildung von Fehlvorstellungen unterstützen.

• Das Wärmeempfinden, das sich beim Anziehen eines Wollpullovers einstellt, scheint vom Pullover als einer aktiven Wärmequelle auszugehen und nicht von unserem Körper - der war ja zuvor "kalt".
  Dass der schlecht wärmeleitende Wollstoff jedoch die Abgabe von Körperwärme in die umgebende Luft reduziert und wir diese Verringerung des Wärmestroms als "warm" empfinden, ist in der Unterrichtsreihe Gegenstand der "Mützenversuche".
   
• Gegenstände, die sich in einem Raum befinden und dieselbe Raumtemperatur angenommen haben, können sich dennoch unterschiedlich kalt oder warm anfühlen. Die Marmorplatte des Tischs fühlt sich kälter an als die gleich temperierte Sofadecke, weil der Stein die Wärme besser vom Körper wegleitet als der Stoff, der viel schlecht leitende Luft einschließt.
  In der Unterrichtsreihe werden verschiedene Materialien vergleichend auf ihre Wärmeleitfähigkeit hin untersucht.
   
• Auch das Nacheinander von Wärmeempfindungen spielt eine entscheidende Rolle: wenn wir im Sommer aus der draußen herrschenden Hitze den gleichmäßig auf 19°C temperierten Raum eines Supermarktes betreten, empfinden wir die Temperatur als angenehm kühl; dieselbe Umgebung erscheint uns als mollig warm, wenn wir vom winterlichen Parkplatz in den Markt kommen. Veränderungen der Umgebungstemperatur stellt unser Sinnessystem fest, indem es aufeinanderfolgende Zustände miteinander vergleicht: wärmer als vorher bedeutet "warm", kälter als vorher bedeutet "kühl" oder "kalt".
  Dieses Phänomen wird in der 2. Sequenz der Unterrichtsreihe mit dem sog. Weberschen Dreischalenversuch thematisiert. Den Kindern wird auf diese Weise die Notwendigkeit der Messung mit einem Thermometer bewusst gemacht: nur auf diesem Wege können wir absolute Aussagen über die Temperatur machen.