Materija će prenositi toplinsku energiju na jedan od tri načina: vođenjem, konvekcijom i zračenjem. Kada se spoje dva objekta različitih temperatura, objekti će nastojati postići toplinsku ravnotežu. Odnosno, toplina će se prenijeti s više koncentracije na nižu koncentraciju – s vruće na hladno. Drugim riječima, topliji predmet će prenijeti toplinu na hladniji sve dok oba objekta ne imaju istu temperaturu. Jednom kada objekti postignu ravnotežu, težit će ostati tamo osim ako ne dođe do neke vrste vanjske promjene.
Molekule u objektu s većom toplinskom energijom vibriraju brže od objekta s niskom toplinskom energijom. Molekule koje se kreću mogu se zatim naletjeti na druge molekule, uzrokujući njihovo pomicanje kako se energija prenosi. Kondukcija je ono što se događa kada objekti prenose toplinsku energiju molekulama koje se sudaraju jedna o drugu. To se može vidjeti kada se metalna žlica umoči u vrući čaj. Molekule iz čaja vibriraju protiv molekula u žlici, uzrokujući ubrzanje molekula i na taj način uzrokujući zagrijavanje žlice.
Drugi način premještanja toplinske energije je konvekcija. Konvekcija ima veze s toplinom koja se prenosi kretanjem tekućina. Postoje dvije vrste konvekcije: prirodna i prisilna konvekcija. Prisilna konvekcija koristi objekte poput pumpe ili ventilatora za pomicanje tekućina i prijenos topline. Primjeri prisilne konvekcije uključuju konvekcijske pećnice i sustave radijatora s tekućinom.
Prirodna konvekcija nastaje kada tekućina ima dvije različite temperature koje uzrokuju različite gustoće. Primjer prirodne konvekcije je voda koja se zagrijava na štednjaku. Toplina iz peći zagrijava dno vode, zbog čega molekule brže vibriraju. Kada molekule vibriraju, šire se i gube gustoću, uzrokujući da se toplija voda diže, a hladnija voda tone. Hladnija voda će se tada zagrijati i popeti na vrh. Kružna struja koju ovaj proces proizvodi naziva se konvekcijska struja i odgovorna je za mnoge aspekte vremena.
Posljednja metoda koju svijet koristi za prijenos toplinske energije je zračenje. Uz zračenje, objekti mogu prenositi toplinsku energiju kroz vakuum. Ovo je vrsta prijenosa topline kojom sunce zagrijava zemlju. U tom procesu toplinska energija se prenosi u obliku infracrvenih zraka. Iako se toplinska energija može prenositi zračenjem, osjećamo toplinu kada infracrvene zrake udare u predmet, poput zraka, i uzrokuju brže kretanje molekula, zagrijavajući se.