De acuerdo con la segunda ley de termodinámica, la energía dentro de un sistema puede transferirse de un objeto caliente a uno frío porque cada sistema aislado tiende a desordenarse con el tiempo. Las moléculas en un objeto frío se vuelven más desordenadas al ganar calor a través de los procesos de conducción, convección o radiación.
Las moléculas dentro de un objeto caliente tienden a estar más desordenadas con una energía cinética más alta. Esto significa que se mueven más rápidamente y sufren colisiones más frecuentes con otras moléculas. Cuando las moléculas de un objeto caliente chocan con las de un objeto frío, la energía cinética se transfiere de la molécula caliente a la molécula fría, lo que aumenta la energía cinética de las moléculas en el objeto frío. El cambio en la energía cinética media de las moléculas se registra como un cambio en la temperatura.
La energía térmica se puede transferir de un objeto caliente a un objeto frío a través de la conducción, la convección o la radiación, dependiendo de los materiales de los que están hechos los objetos y de la distancia entre ellos. Los sólidos transfieren el calor a través de la conducción donde los dos objetos deben estar en contacto entre sí para permitir las colisiones entre las moléculas y una transferencia de energía cinética. Los líquidos y los gases transfieren el calor a través de la convección, donde un aumento en la energía cinética de las moléculas hace que se alejen unas de otras, disminuyendo así la densidad del fluido. Esta es la razón por la que los líquidos calientes tienden a subir y los líquidos fríos tienden a hundirse.
El calor también se puede transferir a largas distancias sin el uso de moléculas a través de la radiación en forma de ondas electromagnéticas. Su energía aumenta la energía cinética de las moléculas en los objetos fríos, que se mide como un aumento de la temperatura.
