الطاقة الحرارية هي أحد أشكال الطاقة التي تنبع من حركة الجزيئات داخل المواد المختلفة. عندما ترتفع درجة حرارة المادة، تبدأ الجزيئات الموجودة فيها بالحركة بسرعة أكبر مما يؤدي إلى اصطداماتها مع بعضها البعض. يمكن القياس الدقيق للطاقة الحرارية باستخدام وحدتي درجات المئوية والفهرنهايت، ولكن يُعتبر نظام SI الأكثر شيوعًا حيث يتم تحديدها بوحدات الجول.

يعرف قانون الطاقة الحرارية بأن الجزء الداخلي من النظام الحراري المتوازن هو ما يعكس مستوى طاقته الحرارية والذي يعتمد مباشرة على درجة حرارتها المطابقة له. وهذا يعني أنه بالإمكان تغيير نسبة هذه الطاقة عبر عملية نقل الشغل والحرارة باستخدام النظرية الديناميكية الحراريّة. ويمكن حسابه كمياً حسب المعادلة التالية: Q=mCp*(Tfinal-Tinitial), حيث تمثل "Q" الانتقال الحراري, "m" الكتلة,"Cp" القدرة الحرارية النوعية,", Tfinal" درجة الحرارة الأخيرة,", Ti" الأولى."

تقنية أخرى ذات علاقة كبيرة بتطبيق الطاقة الحرارية هي تكنولوجيا تخزينها والتي تستخدم عادة للطاقة الشمسية والمياه لتجميع وضمان استمرارية الوصول إليها وقت الرغبة والاستخدام الأمثل خلال الفترات الزمنية ذروة الاستهلاك. وهذه العملية تشبه كيف تعمل الفريزر المنزلي لإنتاج ثلوج مستخدمة بعد ذلك عند المواقف المناسبة. وبالتالي فإن فهم وتعظيم استخدام الطاقة الحرارية يساهم بشكل كبير في كفاءة الأنظمة المنزلية والصناعية وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري الضار بيئيًا.