L'énergie thermique accélère le déplacement des particules de la matière. Ce mouvement accru fait que la matière se dilate et devient moins dense. Par exemple, lorsque l’eau est chauffée, les molécules d’eau se déplacent plus rapidement et l’eau se dilate. C'est pourquoi la glace flotte sur l'eau.

L’énergie thermique peut également faire changer de phase la matière. Par exemple, lorsque l’eau est chauffée à 100 degrés Celsius (212 degrés Fahrenheit), elle bout et passe de l’état liquide à l’état gazeux. En effet, les molécules d’eau se déplacent si rapidement qu’elles se détachent les unes des autres et forment un gaz.

L'énergie thermique peut également provoquer des réactions chimiques. Par exemple, lorsque le bois est brûlé, l’énergie thermique du feu provoque la décomposition du bois en molécules plus petites et la libération d’énergie sous forme de chaleur et de lumière.