A termosztát energiamérlege

Amikor a hőenergia beköltözik egy tárgyba vagy térbe, a hőmérséklete megemelkedik, növelve az atomjainak, például a helyiségben lévő tárgyaknak és levegőnek az átlagos kinetikus energiáját. A tárgyat vagy teret elhagyó hőenergia csökkenti annak hőmérsékletét. A hő áramlik egyik helyről a másikra (mindig magas hőmérsékletről alacsony hőmérsékletre) három folyamat közül egy vagy többen keresztül: vezetés, konvekció és sugárzás. A vezetés során az energia az egyik atomról a másikra kerül közvetlen érintkezés útján. A konvekció során a hőenergiát vezetés útján valamilyen mozgatható folyadéknak (például levegőnek vagy víznek) adják át, és a folyadék hő kíséretében mozog egyik helyzetből a másikba. Egyes esetekben a folyadékban lévő hőenergiát rendszerint a vezetés révén újra átadják más tárgyaknak. A folyadék mozgását negatív felhajtóerő hajthatja, például amikor a hidegebb levegő (tehát nagyobb sűrűség) leesik, és ezért a melegebb levegőt (alacsonyabb sűrűségű) felfelé mozgatja (természetes konvekció), vagy ventilátor vagy szivattyú kényszerített konvekciója. A sugárzásban a hevített atomok által keltett elektromágneses sugárzást más, a csillagászathoz közeli vagy távoli atomok is elnyelik. Például a nap hőt sugároz láthatatlan és látható elektromágneses energia formájában. Az úgynevezett "fény" csak egy szűk területe az elektromágneses spektrumnak.