Materia va transfera energie termică într-unul din trei moduri: prin conducție, convecție și radiație. Când două obiecte cu temperaturi diferite sunt puse împreună, obiectele se vor strădui să atingă echilibrul termic. Adică, căldura va fi transferată de la concentrația mai mare la concentrația mai mică – de la cald la rece. Cu alte cuvinte, obiectul mai fierbinte va transfera căldură celui mai rece până când ambele obiecte au aceeași temperatură. Odată ce obiectele ajung la echilibru, ele vor tinde să rămână acolo, dacă nu există un fel de schimbare externă.
Moleculele dintr-un obiect cu energie termică mai mare vibrează mai repede decât un obiect cu energie termică scăzută. Moleculele în mișcare se pot ciocni apoi de alte molecule, făcându-le să se miște pe măsură ce energia este transferată. Conducția este ceea ce se întâmplă atunci când obiectele transferă energie termică de către molecule care se lovesc unele de altele. Acest lucru se poate observa atunci când o lingură de metal este scufundată în ceai fierbinte. Moleculele din ceai vibrează împotriva moleculelor din lingură, determinând accelerarea moleculelor și astfel determinând încălzirea lingurei.
Un alt mod de a deplasa energia termică este convecția. Convecția are de-a face cu transferul de căldură prin mișcarea fluidelor. Există două tipuri de convecție: convecție naturală și convecție forțată. Convecția forțată folosește obiecte precum o pompă sau un ventilator pentru a mișca fluide și a transfera căldură. Exemplele de convecție forțată includ cuptoarele cu convecție și sistemele de radiatoare de căldură fluidă.
Convecția naturală apare atunci când un fluid are două temperaturi diferite, ceea ce provoacă densități diferite. Un exemplu de convecție naturală este apa încălzită pe o sobă. Căldura de la aragaz încălzește fundul apei, determinând moleculele să vibreze mai repede. Când moleculele vibrează, ele se extind și își pierd din densitate, determinând creșterea apei mai calde și scufundarea apei mai reci. Apa rece se va încălzi apoi și se va ridica în vârf. Curentul circular pe care îl produce acest proces se numește curent de convecție și este responsabil pentru multe aspecte ale vremii.
Ultima metodă pe care o folosește lumea pentru a transfera energie termică este radiația. Cu radiații, obiectele pot transfera energie termică printr-un vid. Acesta este tipul de transfer de căldură prin care soarele încălzește pământul. În acest proces, energia termică este transferată sub formă de raze infraroșii. Deși energia termică poate fi transferată prin radiație, simțim căldura atunci când razele infraroșii lovesc un obiect, cum ar fi aerul, și fac ca moleculele să se miște mai repede, încălzindu-se astfel.