Siltuma siltumenerģija ir enerģijas daudzuma mērījums, ko piešķir konkrēta objekta siltums. Lai saprastu šo jēdzienu, ir svarīgi saprast, ka siltums pats par sevi ir enerģijas veids. Siltumenerģija palielina atomu kustību konkrētā vielā, kas savukārt to uzkarsē un izraisa citus efektus, piemēram, paaugstinātas reaktivitātes paplašināšanos. Termins “siltuma siltumenerģija” būtībā nozīmē to pašu, ko siltumenerģija vai siltumenerģija, un termodinamikas pētījumos tiek aplūkotas siltuma īpašības un tā uzvedība.
Atomu līmenī siltumam ir dziļa ietekme. Ja virs plīts tiktu novietots katls ar aukstu ūdeni, siltums, ko izdala zem katla esošā liesma, paaugstinātu pannas temperatūru, un tas paaugstinātu ūdens temperatūru. Paaugstinoties ūdens temperatūrai, atomi, kas veido ūdeni, sāk kustēties ātrāk, galu galā burtiski izlecot no šķidruma kā tvaiku. Kad ūdens vārās, atomiem ir dots pietiekami daudz siltuma siltuma enerģijas, lai tie burtiski izkļūtu no šķidruma un kļūtu par gāzi. Cietās vielās siltums izraisa atomu vibrāciju, kas savukārt liek tiem izplesties, lai atbrīvotu vietu šūpojošajiem atomiem.
Sadursmes starp atomiem pamatā ir cēlonis lielākajai daļai ķīmisko reakciju, un daudzi zinātnieki uzskata, ka šīs sadursmes izraisīja Zemes pastāvēšanu. Ātrums, ar kādu atomi pārvietojas, palielina sadursmju iespējamību, būtībā tāpat kā divu automašīnu sadursmes iespējamība, kas ir lielāka nekā iespēja, ka divi gliemeži ieies viens otrā. Ir zināms, ka siltumenerģija palielina atomu kustības ātrumu, kas nozīmē, ka tā palielina arī ķīmisko reakciju ātrumu. Tas nozīmē, ka, ja cilvēks vēlas izšķīdināt kaut ko, piemēram, kubu, palielinot šķīduma siltumu, kurā tas tiek izšķīdināts, palielināsies šķīdināšanas ātrums. Siltuma enerģija tiek pārnesta uz atomiem, kas liek tiem reaģēt.
Vispārīgi runājot, siltumenerģija pārvietojas divu sistēmu temperatūras atšķirību rezultātā. Verdoša ūdens piemērā uguns siltums pāriet uz pannu un ūdeni, jo tie ir aukstāki par liesmu. Ja divu atsevišķu sistēmu siltums būtu vienāds, enerģijas pārnešana nenotiktu. Vienā slēgtā sistēmā otrais termodinamikas likums nosaka, ka visas lietas tiecas uz entropiju vai traucējumiem. Tas nozīmē, ka, iemetot ledus kubiņu karstā kafijas tasē, ledus kubiņa radītais aukstums un tases siltums sajaucas un izveido siltu maisījumu.