Η θερμική κίνηση αναφέρεται στις τυχαίες κινήσεις μορίων, ατόμων, ηλεκτρονίων ή άλλων υποατομικών σωματιδίων. Σε αντίθεση με τον ορατό κόσμο γύρω μας, ο ατομικός κόσμος βρίσκεται σε σταθερή κατάσταση κίνησης σε όλες τις θερμοκρασίες πάνω από το απόλυτο μηδέν. Η θερμική κίνηση των σωματιδίων αυξάνεται με τη θερμοκρασία αυτών των σωματιδίων και διέπεται από τους νόμους της θερμοδυναμικής.
Η μελέτη της θερμικής κίνησης είναι η μελέτη της τυχαίας κίνησης των σωματιδίων. Τα μόρια, τα άτομα και τα υποατομικά σωματίδια δεν συμπεριφέρονται με προβλέψιμο τρόπο. Σε αντίθεση με τον κόσμο που βλέπουμε, αυτά τα μικροσκοπικά κομμάτια ύλης βρίσκονται σχεδόν πάντα σε συνεχή κίνηση και δεν ακολουθούν τους ίδιους κανόνες με τα μεγαλύτερα σώματα που αποτελούν. Τα ηλεκτρόνια, για παράδειγμα, υπάρχουν σε τροχιακά γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου. Αν και η ακριβής θέση και η κίνηση ενός ηλεκτρονίου δεν μπορεί να προσδιοριστεί, υπάρχει η πιθανότητα να κινηθούν μέσα σε ένα συγκεκριμένο χώρο, γνωστό ως τροχιακό.
Τα ατομικά σωματίδια παραμένουν σε συνεχή κίνηση σε όλες τις θερμοκρασίες πάνω από το απόλυτο μηδέν. Το απόλυτο μηδέν, που ονομάζεται επίσης 0 βαθμοί Κέλβιν, είναι ίσο με -459.67°F (-273.15°C). Αυτή είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία που υπάρχει γιατί αντιστοιχεί στη θερμοκρασία στην οποία τα ατομικά σωματίδια παύουν να κινούνται.
Η θερμική κίνηση ενός σωματιδίου σχετίζεται με τη θερμοκρασία αυτού του σωματιδίου. Τα σωματίδια σε υψηλότερες θερμοκρασίες παρουσιάζουν μεγαλύτερη κίνηση από εκείνα σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Αυτό ισχύει για τα σωματίδια σε οποιαδήποτε κατάσταση της ύλης, συμπεριλαμβανομένων των αερίων, υγρών, στερεών και πλάσματος. Αν και τα άτομα σε ένα στερεό είναι πιο κοντά μεταξύ τους από τα άτομα ενός υγρού ή ενός αερίου, υπάρχει ακόμα χώρος για τα άτομα να κινηθούν.
Η θερμική κίνηση των ατομικών σωματιδίων περιγράφηκε για πρώτη φορά από τον φυσικό Ρόμπερτ Μπράουν. Όταν έβλεπε ένα μικρό σωματίδιο, όπως έναν κόκκο γύρης ή ένα κομμάτι σκόνης κάτω από ένα μικροσκόπιο, ο Μπράουν παρατήρησε ότι το σωματίδιο φαινόταν να βρίσκεται σε συνεχή κατάσταση κίνησης ή ανάδευσης. Η κίνηση των ατόμων γύρω από ένα μικρό σωματίδιο αναγκάζει τα άτομα να προσκρούσουν σε αυτό. Αυτό κάνει το μεγαλύτερο σωματίδιο να κινείται τυχαία, όπως κάνουν τα ατομικά σωματίδια. Αυτός ο τύπος κίνησης αναφέρεται ως κίνηση Brown.
Η θερμική κίνηση μελετάται μέσω της θερμοδυναμικής, η οποία έχει ένα σύνολο νόμων που διέπουν την τυχαία κίνηση των σωματιδίων. Ο πρώτος νόμος λέει ότι η ύλη και η ενέργεια διατηρούνται πάντα. Το δεύτερο, κάπως παράδοξα, δηλώνει ότι η επιστροφή σε μια προηγούμενη ενεργειακή κατάσταση είναι αδύνατη επειδή κάποια ενέργεια διαφεύγει από το σύστημα και δεν μπορεί ποτέ να χρησιμοποιηθεί ξανά. Το τρίτο δηλώνει ότι το απόλυτο μηδέν δεν μπορεί να επιτευχθεί. Με απλά λόγια, αυτοί οι νόμοι σημαίνουν ότι η κίνηση είναι μια τυχαία κίνηση που δεν τελειώνει ποτέ και αλλάζει πάντα.