In der Physik ist Wärme als diejenige Energie definiert, die von einem thermodynamischen System zu einem anderen übertragen wird, aber keine Form von makroskopischer Arbeit darstellt. Arbeit wird geleistet, wenn sich äußere Parameter des Systems ändern, wie z. B. Vergrößerung oder Verkleinerung des Volumens oder der Magnetisierung. Wärmezufuhr dagegen erhöht die Entropie des Systems und verringert damit z. B. den Ordnungszustand. Zwar scheint sich diese Definition stark von der umgangs- und techniksprachlichen Bedeutung des Begriffs Wärme zu unterscheiden, sie ist aber die einzige, die ohne Einschränkung anwendbar und immer präzise ist. Die anderen Eigenschaften, mit denen die Wärme in Physik, Chemie und Technik sonst häufig charakterisiert wird, ergeben sich aus dieser Definition. Ausgenommen ist die umgangssprachliche Bedeutung, die in der Wärme eine Eigenschaft des Zustands eines Körpers sieht. Die hiermit gemeinte Zustandseigenschaft ist genauer je nach Umständen durch wohldefinierte Zustandsgrößen wie Innere Energie oder Enthalpie gegeben. Gemäß der physikalischen Definition ist Wärme keine Zustandsgröße, sondern tritt ausschließlich während der Wechselwirkung mehrerer Systeme auf, also während eines Prozesses, bei dem die beteiligten Systeme ihre Zustände ändern. Wenn ein System von einem Zustand in einen anderen übergeht, ist nach dem 1. Hauptsatz der Thermodynamik die Änderung seiner Inneren Energie gleich der Summe aus zugeführter Wärme und am System geleisteter Arbeit. Weil die Innere Energie eine Zustandsgröße ist, ist die Größe ihrer Änderung allein durch Anfangs- und Endzustand festgelegt, wobei die Aufteilung auf Wärme und Arbeit je nach Prozess verschieden sein kann. Ist nur ein einziges weiteres System am Prozess beteiligt, dann gelten für dieses dieselben Werte von Wärme, Arbeit und Änderung der inneren Energie, nur mit umgekehrten Vorzeichen. Zwischen zwei Systemen mit verschiedenern Temperaturen fließt Wärme stets von der höheren zur tieferen Temperatur. Der Wärmetransport kann durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung oder Konvektion erfolgen. In vielen Fällen steigt dabei die tiefere und verringert sich die höhere der beiden Temperaturen, aber es gibt auch Ausnahmen, wenn z. B. Eis von 0 °C durch Wärmezufuhr in Wasser von 0 °C umgewandelt wird. Eine Maschine, die fortwährend oder periodisch Wärme aufnimmt und Arbeit leistet, heißt Wärmekraftmaschine. Aus prinzipiellen Gründen kann dabei die durch Wärme aufgenommene Energie nicht vollständig als Arbeit wieder abgegeben werden, sondern muss teilweise als Abwärme wieder abgeführt werden (näheres beim 2. Hauptsatz der Thermodynamik). In der grundlegenden Erklärung der thermodynamischen Phänomene durch die statistische Mechanik besteht jedes System aus einer Vielzahl einzelner Teilchen in mehr oder weniger geordneter Bewegung. Wärme ist dabei ausschließlich mit dem Anteil an ungeordnter Bewegung verknüpft. Im Bild der Energieniveaus sind die Teilchen auf alle verschiedenen Niveaus verteilt und wechseln statistisch fluktuierend zwischen ihnen, wobei aber im Gleichgewichtszustand die durchschnittliche Besetzungszahl jedes Niveaus gleich bleibt und in Form einer statistischen Verteilung festgelegt ist. Zufuhr von Wärme verschiebt diese Verteilungskurve zu höherer Energie, während Arbeit, die am System geleistet wird, die Energien der einzelnen Energieniveaus anhebt. Die international verwendete Einheit für Wärme ist das Joule, früher war auch Kalorie üblich. Das Formelzeichen der Wärme ist meist .