Згідно MKT всі речовини складаються з частинок, які знаходяться в безперервному тепловому русі і взаємодіють один з одним. Тому, навіть якщо тіло нерухомо і має нульову потенційну енергію, воно має енергію (внутрішньою енергією), що представляє собою сумарну енергію руху і взаємодії мікрочастинок, що складають тіло.

До складу внутрішньої енергії входять:

1. кінетична енергія поступального, обертального і коливального руху молекул;
2. потенційна енергія взаємодії атомів і молекул;
3. внутрішньоатомна і внутрішньоядерна енергії.

У термодинаміки розглядаються процеси при температурах, при яких не порушується коливальний рух атомів в молекулах, тобто при температурах, які перевищують 1000 К. У цих процесах змінюються лише перші дві складові внутрішньої енергії. Тому під внутрішньою енергією в термодинаміки розуміють суму кінетичної енергії всіх молекул і атомів тіла і потенційної енергії їх взаємодії.

Внутрішня енергія тіла визначає його тепловий стан і змінюється при переході з одного стану в інший. В даному стані тіло має цілком певною внутрішньою енергією, що не залежить від того, в результаті якого процесу воно перейшло в даний стан. Тому внутрішню енергію дуже часто називають функцією стану тіла.

Розрахувати внутрішню енергію можна тільки для ідеального газу. Так як в ідеальному газі молекули не взаємодіють між собою, то потенційна енергія їх дорівнює нулю і внутрішня енергія ідеального газу представляє собою кінетичну енергію всіх його молекул.

Середня кінетична енергія молекули

Число молекул в газі

Отже, внутрішня енергія ідеального газу

Враховуючи що - універсальна газова постійна, маємо

- внутрішня енергія ідеального газу. (1)

Зокрема, для одноатомного газу

З цих формул видно, що внутрішня енергія ідеального газу залежить тільки від температури і числа молекул і не залежить ні від обсягу, ні від тиску. Тому зміна внутрішньої енергії ідеального газу визначається тільки зміною його температури і не залежить від характеру процесу, в якому газ переходить з одного стану в інший:

де

Молекули реальних газів взаємодіють між собою і тому мають потенційну енергією , Яка залежить від відстані між молекулами і, отже, від займаного газом об'єму.

Таким чином, внутрішня енергія реального газу залежить від його температури, обсягу і структури молекул.

Для вирішення практичних питань істотну роль грає не сама внутрішня енергія, а її зміна Зміна ж внутрішньої енергії розраховують, виходячи із законів збереження енергії.