Unos toplinske energije (Q) potreban za podizanje temperature (T) tvari za jedan stupanj Celzijusa (1°C), definira se kao njezin toplinski kapacitet (C). Budući da je riječ o “opsežnom” svojstvu, vrijednost C varira ne samo od tvari do tvari, već i za različite količine iste tvari. Kako bi se to prilagodilo, toplinski kapaciteti mogu se navesti u terminima koji uključuju količinu ili količinu. Ako se spominje toplinski kapacitet po molu materijala, naziva se molarni toplinski kapacitet; ako je umjesto toga toplinski kapacitet po gramu materijala, to je specifični toplinski kapacitet (s) – ili jednostavnije, “specifična toplina”. Ovi izrazi su od najveće vrijednosti kada se odnose na čiste tvari.
Inženjerski problemi često navode C kao “dano”, dok je Q “nepoznato”. Jednadžba je Q=smΔT, gdje je m masa u gramima, a ΔT porast temperature u stupnjevima Celzijusa. Toplinski kapacitet može biti ključni parametar iz niza razloga. Ilustracije radi, materijali većeg toplinskog kapaciteta ponekad se koriste kao odvodi topline, jer apsorbiraju toplinu poput spužve. Voda je vrijedna pažnje u tom pogledu, jer pokazuje najveću C vrijednost poznatu među uobičajenim tvarima, što je čini izuzetno pogodnom za upotrebu kao rashladno sredstvo radijatora.
U meteorologiji, toplinski kapacitet igra ulogu u nekoliko fenomena, uključujući zašto vjetar, duž obale, danju puše u drugom smjeru nego noću. Kopno ima manji toplinski kapacitet od vode, pa se kopno danju zagrijava brže od mora, dok se noću brže hladi. Zrak je hladniji nad oceanom danju, ali nad kopnom noću. Topli zrak je lagan i diže se, dopuštajući da ga zamijeni hladniji i jači povjetarac. Danju ovi povjetarci pušu s kopna na more, dok je noću suprotno, što činjenice podjednako utječu na ptice s obale i na pilote jedrilica.
Toplinski kapacitet nije namijenjen uzimanju u obzir faznih promjena, kao kod topljenja leda u vodu. Posebno se razmatra ovaj fenomen – ovo svojstvo se naziva “toplina fuzije”. Slično, pretvaranje tekućine u plin naziva se “toplina isparavanja”. Led ima iznimno visoku toplinu fuzije, što daje stabilnost zemaljskim vremenskim sustavima i čini kućno hlađenje praktičnim. Zanimljivo je da plin amonijak, nekada korišten u industrijskim i kućnim rashladnim sustavima, ima još veći toplinski kapacitet i toplinu fuzije.