Temperatura to jedna z podstawowych wielkości fizycznych w termodynamice, stanowiąca miarę średniej energii kinetycznej ruchu i drgań cząsteczek danego ciała – im szybciej poruszają się atomy, tym wyższa jest temperatura. Zjawisko to ma swoje ekstremum: tzw. zero bezwzględne (0 K, czyli -273,15 °C), przy którym cząstki osiągają minimalną możliwą energię, a według mechaniki kwantowej wykonują jedynie drgania zerowe. W 1994 roku naukowcy z amerykańskiego instytutu NIST uzyskali rekordowo niską temperaturę 700 nK, gdzie średnia prędkość atomów spadła do zaledwie 7 mm/s.

Ciekawym aspektem jest wpływ budowy cząsteczek na właściwości termiczne – gazy dwuatomowe (np. O₂) mają więcej stopni swobody (5) niż gazy jednoatomowe (3), przez co potrzebują więcej energii do ogrzania, czyli cechują się większym ciepłem właściwym. Kluczową rolę w tych zależnościach odgrywa stała Boltzmanna (k ≈ 1,38×10⁻²³ J/K), wiążąca temperaturę z energią kinetyczną pojedynczej cząstki. W termodynamice temperatura jest ściśle zdefiniowana dla stanów równowagi, gdzie dwa ciała o jednakowej temperaturze nie wymieniają między sobą ciepła, a przy różnicy temperatur energia przepływa z ciała cieplejszego do chłodniejszego. W ujęciu matematycznym definiuje się ją przez zależność dS = δQ/T, łączącą zmianę entropii z dostarczonym ciepłem.