Trong nhiệt động lực học, nội năng (U) của một hệ là năng lượng chứa trong hệ, không bao gồm động năng chuyển động của hệ và thế năng của hệ do trường lực bên ngoài. Nó chỉ tính đến việc tăng và giảm năng lượng của hệ xảy ra do thay đổi trạng thái bên trong. Nói cách khác, nội năng là tổng động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật. Nhiệt độ của vật càng cao thì nhiệt năng của vật càng lớn. Nội năng của hệ có thể bị thay đổi bằng sự truyền nhiệt hoặc bằng cách tác dụng công. Nhiệt lượng là số đo độ biến thiên nội năng trong quá trình truyền nhiệt: Δ U = Q {\displaystyle \Delta U=Q}
Biểu thức tính nhiệt lượng:
Q = m c Δ T {\displaystyle Q=mc\Delta T}
Trong đó: Q: nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào m: khối lượng (kg) c: nhiệt dung riêng của chất (J/kg.K)
Δ T {\displaystyle \Delta T} : độ biến thiên nhiệt độ (K) Khi truyền vật chất bị ngăn cản bởi tường chứa không thấm, hệ được xem là hệ kín. Khi đó định luật I nhiệt động lực học cho rằng sự tăng nội năng bằng với tổng nhiệt được thêm vào cộng công tác đụng vào hệ bởi môi trường xung quanh. Nếu tường chứa không cho cả vật chất và năng lượng đi qua, hệ được xem là bị cô lập và nội năng không thể bị thay đổi. Định luật I nhiệt động lực học có thể được coi là xác lập sự tồn tại của nội năng. Nội năng là một trong hai hàm trạng thái cốt yếu của biến trạng thái của một hệ nhiệt động lực học.