Materia kommer att överföra termisk energi på ett av tre sätt: genom ledning, konvektion och strålning. När två föremål med olika temperaturer sätts ihop, kommer föremålen att sträva efter att nå termisk jämvikt. Det vill säga, värme kommer att överföras från den högre koncentrationen till den lägre koncentrationen – från varmt till kallt. Med andra ord kommer det varmare objektet att överföra värme till det kallare objektet tills båda objekten har samma temperatur. När objekten väl når jämvikt, tenderar de att stanna där om det inte sker någon form av yttre förändring.
Molekylerna i ett objekt med högre termisk energi vibrerar snabbare än ett objekt med låg termisk energi. De rörliga molekylerna kan sedan stöta in i andra molekyler, vilket får dem att röra sig när energi överförs. Överledning är vad som händer när objekt överför termisk energi genom att molekyler stöter mot varandra. Detta kan ses när en metallsked doppas i varmt te. Molekylerna från teet vibrerar mot molekylerna i skeden, vilket gör att molekylerna accelererar och på så sätt får skeden att värmas upp.
Ett annat sätt att flytta termisk energi är konvektion. Konvektion har att göra med att värme överförs genom vätskors rörelse. Det finns två typer av konvektion: naturlig och forcerad konvektion. Forcerad konvektion använder föremål som en pump eller en fläkt för att flytta vätskor och överföra värme. Exempel på forcerad konvektion inkluderar konvektionsugnar och vätskevärmesystem.
Naturlig konvektion uppstår när en vätska har två olika temperaturer som orsakar olika densiteter. Ett exempel på naturlig konvektion är vatten som värms på en spis. Värmen från kaminen värmer upp vattnets botten, vilket gör att molekylerna vibrerar snabbare. När molekyler vibrerar expanderar de och tappar densitet, vilket gör att det varmare vattnet stiger och det kallare vattnet sjunker. Det kallare vattnet kommer då att värmas upp och stiga till toppen. Den cirkulära strömmen som denna process producerar kallas en konvektionsström och är ansvarig för många aspekter av vädret.
Den sista metoden världen använder för att överföra termisk energi är strålning. Med strålning kan föremål överföra termisk energi genom ett vakuum. Detta är den typ av värmeöverföring genom vilken solen värmer jorden. I denna process överförs termisk energi i form av infraröda strålar. Även om termisk energi kan överföras genom strålning, känner vi värmen när de infraröda strålarna träffar ett föremål, som luft, och gör att molekylerna rör sig snabbare och därmed värms upp.