Aine siirtää lämpöenergiaa jollakin kolmesta tavasta: johtumisen, konvektion ja säteilyn kautta. Kun kaksi eri lämpötilan kohdetta yhdistetään, esineet pyrkivät saavuttamaan lämpötasapainon. Toisin sanoen lämpö siirtyy korkeammasta pitoisuudesta pienempään – kuumasta kylmään. Toisin sanoen kuumempi esine siirtää lämpöä viileämpään esineeseen, kunnes molemmissa kohteissa on sama lämpötila. Kun esineet saavuttavat tasapainon, ne pyrkivät pysymään siellä, ellei jonkinlaista ulkoista muutosta tapahdu.
Suuremman lämpöenergian kohteen molekyylit värähtelevät nopeammin kuin pienen lämpöenergian omaavat esineet. Liikkuvat molekyylit voivat törmätä muihin molekyyleihin aiheuttaen niiden liikkumisen energian siirron aikana. Johtavuus tapahtuu, kun esineet siirtävät lämpöenergiaa molekyyleillä, jotka törmäävät toisiaan vastaan. Tämä näkyy, kun metallilusikka kastetaan kuumaan teetä. Tee -molekyylit värähtelevät lusikan molekyylejä vastaan aiheuttaen molekyylien nopeutumisen ja siten lusikan lämpenemisen.
Toinen tapa siirtää lämpöenergiaa on konvektio. Konvektio liittyy lämmön siirtymiseen nesteiden liikkeen kautta. Konvektiota on kahta tyyppiä: luonnollinen ja pakotettu. Pakotettu konvektio käyttää esineitä, kuten pumppua tai tuuletinta nesteiden siirtämiseen ja lämmön siirtämiseen. Esimerkkejä pakotetusta konvektiosta ovat konvektiouunit ja nesteen lämpöpatterijärjestelmät.
Luonnollinen konvektio tapahtuu, kun nesteessä on kaksi eri lämpötilaa, jotka aiheuttavat erilaisia tiheyksiä. Esimerkki luonnollisesta kiertoilmasta on veden lämmittäminen liedellä. Lieden lämpö lämmittää veden pohjan, jolloin molekyylit värähtelevät nopeammin. Kun molekyylit värisevät, ne laajenevat ja menettävät tiheytensä, jolloin lämpimämpi vesi nousee ja kylmempi vesi vajoaa. Kylmempi vesi lämpenee ja nousee huipulle. Tämän prosessin tuottamaa kiertovirtaa kutsutaan konvektiovirtaksi ja se vastaa monista sääolosuhteista.
Viimeinen menetelmä, jota maailma käyttää lämpöenergian siirtämiseen, on säteily. Säteilyllä esineet voivat siirtää lämpöenergiaa tyhjiön kautta. Tämä on lämmönsiirtotyyppi, jolla aurinko lämmittää maata. Tässä prosessissa lämpöenergia siirretään infrapunasäteiden muodossa. Vaikka lämpöenergiaa voidaan siirtää säteilyn kautta, tunnemme lämpöä, kun infrapunasäteet osuvat esineeseen, kuten ilmaan, ja saavat molekyylit liikkumaan nopeammin, jolloin ne kuumenevat.