Z punktu widzenia fizyki temperatura jest miarą energii wewnętrznej ciała. Energia ta wynika z chaotycznego ruchu atomów lub cząsteczek, z których zbudowana jest materia. Im szybciej poruszają się te cząsteczki, tym wyższa jest temperatura.

Temperatura jest więc wielkością opisującą stan ciała. W połączeniu z innymi wielkościami fizycznymi, takimi jak masa czy pojemność cieplna, pozwala określić ilość energii zgromadzonej w ciele, określanym w fizyce również mianem układu.

W skrócie:

• Dostarczenie energii cieplnej zwiększa prędkość ruchu cząsteczek: temperatura rośnie

• Odprowadzenie energii cieplnej prowadzi do spadku prędkości ruchu cząsteczek: temperatura spada

Gdy ciało nie posiada już żadnej energii cieplnej, jego cząsteczki znajdują się w stanie spoczynku. Stan ten jest w rzeczywistości nieosiągalny. Nazywany jest zerem absolutnym, ponieważ nie istnieje stan o mniejszej energii. Przypisuje mu się wartość 0 K (kelwin). Dlatego temperatura w Kelwinach jest zawsze wartością dodatnią.

Temperaturę można by mierzyć bezpośrednio w jednostkach energii. Jednak podawanie temperatury w stopniach ma długą tradycję i jest głęboko zakorzenione w fizyce. Dlatego z przyczyn praktycznych pozostało tak do dziś.