内能（internal energy） 从微观的角度来看，是分子无规则运动能量总和的统计平均值。分子无规则运动的能量包括分子的动能、分子间相互作用势能以及分子内部运动的能量。物体的内能不包括这个物体整体运动时的动能和它在重力场中的势能。
原则上讲，物体的内能应该包括其中所有微观粒子的动能、势能、化学能、电离能和原子核内部的核能等能量的总和，但在一般热力学状态的变化过程中，物质的分子结构、原子结构和核结构不发生变化，所以可不考虑这些能量的改变。但当在热力学研究中涉及化学反应时，需要把化学能包括到内能中。

任何物体都是由电子，质子和中子所组成。其中电子带单位负电荷，而质子和中子又都是由带有电荷的夸克所组成。当物体运动时，其结构中的每一个电子，质子和中子也随之运动，从而导致物体内部带电的电子和夸克产生磁场和感应电场。在物体运动的过程中，与运动速度相关的能量是该物体的动能，而与内部磁场和感应电场相关的能量是该物体的内能。