สสารจะถ่ายโอนพลังงานความร้อนได้หนึ่งในสามวิธี: ผ่านการนำความร้อนและการแผ่รังสี เมื่อวัตถุสองชิ้นที่มีอุณหภูมิแตกต่างกันถูกนำมารวมกันวัตถุนั้นจะพยายามที่จะไปถึงสภาวะสมดุลทางความร้อน นั่นคือความร้อนจะถูกถ่ายโอนจากความเข้มข้นที่สูงขึ้นไปสู่ความเข้มข้นที่ต่ำกว่า - จากร้อนถึงเย็น กล่าวอีกนัยหนึ่งวัตถุที่ร้อนกว่าจะถ่ายโอนความร้อนไปยังวัตถุที่เย็นกว่าจนกระทั่งวัตถุทั้งสองมีอุณหภูมิเท่ากัน เมื่อวัตถุถึงจุดสมดุลพวกมันจะมีแนวโน้มที่จะอยู่ที่นั่นจนกว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงภายนอก
โมเลกุลในวัตถุที่มีพลังงานความร้อนสูงกว่าจะสั่นสะเทือนเร็วกว่าวัตถุที่มีพลังงานความร้อนต่ำ โมเลกุลที่เคลื่อนที่นั้นสามารถชนเข้ากับโมเลกุลอื่น ๆ ทำให้พวกมันเคลื่อนที่เมื่อพลังงานถูกถ่ายโอน การนำคือสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุถ่ายโอนพลังงานความร้อนโดยโมเลกุลชนกัน สามารถมองเห็นได้เมื่อช้อนโลหะจุ่มลงในชาร้อน โมเลกุลจากชาสั่นสะเทือนต่อโมเลกุลในช้อนทำให้โมเลกุลเร่งความเร็วและทำให้ช้อนร้อนขึ้น
อีกวิธีหนึ่งในการถ่ายโอนพลังงานความร้อนคือการพาความร้อน การพาความร้อนเกี่ยวข้องกับการถ่ายเทความร้อนผ่านการเคลื่อนที่ของของไหล การพาความร้อนมีสองประเภท: การพาแบบธรรมชาติและแบบบังคับ การพาความร้อนบังคับใช้วัตถุเช่นปั๊มหรือพัดลมเพื่อเคลื่อนย้ายของเหลวและถ่ายโอนความร้อน ตัวอย่างของการพาความร้อนแบบบังคับ ได้แก่ เตาอบการพาความร้อนและระบบหม้อน้ำของเหลวร้อน
การพาความร้อนตามธรรมชาติเกิดขึ้นเมื่อของเหลวมีอุณหภูมิแตกต่างกันสองแบบทำให้เกิดความหนาแน่นต่างกัน ตัวอย่างของการพาความร้อนตามธรรมชาติคือน้ำร้อนบนเตา ความร้อนจากเตาทำให้ร้อนที่ด้านล่างของน้ำทำให้โมเลกุลสั่นสะเทือนเร็วขึ้น เมื่อโมเลกุลสั่นสะเทือนมันจะขยายและลดความหนาแน่นทำให้น้ำอุ่นขึ้นและน้ำเย็นจะจม น้ำเย็นจะร้อนขึ้นและขึ้นไปด้านบน กระแสกลมนี้กระบวนการผลิตเรียกว่ากระแสหมุนเวียนและรับผิดชอบหลายด้านของสภาพอากาศ
วิธีสุดท้ายที่โลกใช้เพื่อถ่ายโอนพลังงานความร้อนคือรังสี ด้วยรังสีวัตถุสามารถถ่ายโอนพลังงานความร้อนผ่านสุญญากาศ นี่คือการถ่ายเทความร้อนประเภทที่ดวงอาทิตย์อุ่นโลก ในกระบวนการนี้พลังงานความร้อนจะถูกถ่ายโอนในรูปแบบของรังสีอินฟราเรด แม้ว่าพลังงานความร้อนสามารถถ่ายโอนผ่านการแผ่รังสีเรารู้สึกถึงความร้อนเมื่อรังสีอินฟราเรดปะทะวัตถุเช่นอากาศและทำให้โมเลกุลเคลื่อนที่เร็วขึ้นทำให้ความร้อนเพิ่มขึ้น
