Absoluuttinen lämpötila on lämpötila, joka mitataan käyttämällä nollalta alkavaa asteikkoa, jolloin nolla on teoreettisesti kylmin saavutettavissa oleva lämpötila luonnossa. Fahrenheit -asteikosta ja Celsius -asteesta on saatavana kaksi yleistä absoluuttista lämpötila -asteikkoa. Ensimmäinen on Rankine -asteikko ja jälkimmäinen Kelvin -asteikko. Vaikka Celsius- ja Fahrenheit-asteikot ovat edelleen tavanomaisiin tarkoituksiin, niiden alempi arvo on alle nolla, ne ovat vähemmän toivottavia laskennallisiin tieteellisiin tarkoituksiin. Nolla astetta Rankine on sama kuin nolla celsiusastetta.
Yksinkertaisesti sanottuna lämpötila on osoitus siitä, kuinka kuuma tai kuinka kylmä esine on suhteessa muihin esineisiin. Koska lämpötilat vaihtelevat vuodenajan ja tilanteen mukaan, vertailujen mahdollistamiseksi kehitettiin asteikko, jossa on väliasteikko. Kaksi kiinteää pistettä tarvitaan hyödyllisen mittakaavan luomiseksi – maailmanlaajuinen, muuttumaton standardi. Looginen valinta, johon vakiolämpötila -asteikot perustaa, oli vesi, koska se on runsaasti, helposti saatavilla, muuttaa tilaa tietyissä lämpötiloissa ja voidaan helposti puhdistaa. Kuten edellä mainittiin, lämpötila kuitenkin liittyy lämpöön ja lämpö perusperiaatteella atomien ja molekyylien liikkeeseen.
Atomit ja molekyylit voivat absorboida energiaa monin eri tavoin, kuten elektronin virityksen, elektronin siirtymisen alemmalta kiertoradalta. Yleensä energia kuitenkin imeytyy ja lisää koko atomin tai molekyylin liikettä. Tämä energia – “kineesiin” eli liikkeeseen johtava energia on kineettistä energiaa. On yhtälö, joka yhdistää kineettisen energian lämpöön: E = 3/2 kT, missä E on järjestelmän keskimääräinen kineettinen energia, k on Boltzmannin vakio ja T on absoluuttinen lämpötila Kelvin -asteina. Huomaa, että tässä laskelmassa, jos absoluuttinen lämpötila on nolla, yhtälö osoittaa, ettei liike -energiaa tai liikettä ole lainkaan.
Eräänlainen energia on edelleen olemassa nollan asteen absoluuttisessa lämpötilassa, vaikka tämä ei ole se, mitä yllä oleva klassinen fysiikkayhtälö osoittaa. Jäljellä oleva liike ennustetaan kvanttimekaniikassa ja se liittyy tiettyyn energiatyyppiin, jota kutsutaan ”nollapisteen värähtelyenergiaksi”. Määrällisesti tämä energia voidaan laskea matemaattisesti kvanttiharmonisen oskillaattorin yhtälöstä ja tietäen Heisenbergin epävarmuusperiaatteesta. Tämä fysiikan periaate määrää, että ei ole mahdollista tietää sekä hyvin pienien hiukkasten sijaintia että vauhtia, joten jos sijainti on tiedossa, hiukkasen on säilytettävä pieni tärinäkomponentti.