Onsekizinci yüzyıla kadar  bilim aleminde ısı olayı, cisimlere dışarıdan eklenen veya çıkarılan “ kalorik “ isimli esrarengiz bir akışkanın varlığı ile açıklana gelmiştir. Tahrip edilemeyen zerreciklerden oluştuğu varsayılan  bu akışkan, maddeye nüfuz ettiğinde, zerrecikleri  moleküllerin  arasına girerek bir yandan cismin boyutlarının artmasına ve diğer yandan ısınmasına, tersi durumda ise cismin soğumasına ve büzülmesine neden olduğuna inanılmaktaydı. Ancak onsekizinci yüzyılın sonlarına doğru yapılan çeşitli deneyler sonucunda böyle bir akışkanın mevcut olamayacağı ispat edilmiş ve ısı dediğimiz olgunun aslında madde parçacıklarının moleküler boyutlardaki titreşim hareketlerinden başka bir şey olmadığı anlaşılmıştır.

 Konunun tarihi gelişimine dair bu kısa girişten sonra kainatın temel kavramlarından biri olan ısının mahiyetini anlatmanın ve anlamanın en kolay yolunu kullanalım ve işe bir bardak su alarak başlayalım. Renksiz bir sıvı olduğundan bir bardak suyun görünüş bakımından ilginç bir yanı yoktur. Ancak, cisimleri milyonlarca defa büyütebilen bir mikroskopla bakabilseydik eğer, su dediğimiz maddenin çok sıkışık bir yapıda istiflenmiş, molekül olarak adlandırılan taneciklerden oluştuğunu ve bu taneciklerin sürekli bir şekilde birbirlerini itip kakarak titreşip durduklarını görürdük.

Oda sıcaklığındaki su moleküllerinin kendi boyutları mertebesindeki bu titreşim hareketleri ilk defa 19 ncu yüzyılda İngiliz botanikçisi Robert Brown tarafından ufak su sporları ile ilgili çalışmaları sırasında keşfedilmiştir. Brown, su içinde asılı kalabilen cansız ya da sporlar ve mikroplar gibi canlı ufak cisimlerin görünürde bir sebep olmadan, devamlı surette oraya buraya itilip kakılmakta olduklarını fark etti. Günümüzde onun adına izafeten Brown hareketleri denilen bu olay su moleküllerinin, titreşmeleri sırasında küçük cisimlere çarpmalarından kaynaklanır. 

 Bildiğimiz gibi bir su molekülü; bir oksijen atomu ile iki hidrojen atomunun elektron alış verişi yoluyla birleşmeleri suretiyle meydana gelmektedir.

Doğada katı, sıvı ve gaz halindeki bütün maddeler nadiren münferit atomlardan, çok büyük çoğunlukla da birkaç atomlu moleküllerden oluşmuşlardır ve bu moleküller de tıpkı su molekülleri gibi sürekli olarak titreşip dururlar. Bu keyfiyet demir kütlesi için de aynıdır, zeytinyağı için de aynıdır, hava için de aynıdır.  Madde moleküllerinin bu titreşim hareketleri, girişte de belirtildiği gibi, ısı dediğimiz olayı yaratır. Yani ısı aslında maddenin hareketinden kaynaklanan bir enerji türüdür.  Yeri gelmişken bu konuda dikkatleri bir noktaya çekmekte yarar görülmektedir :

Isı ve sıcaklık kavramları sık sık birbirine karıştırılmaktadır. Sıcaklık, ısının derece ile ölçülen değeridir. Bir cismin ısısı şu kadar derecedir denilmez. Cismin ısı miktarı şu kadar kaloridir, sıcaklığı bu kadar derecedir denilir.

Burada şunu da ekleyelim : Moleküllerin ısıl titreşim hareketlerine karşılık, onları bir arada tutarak maddenin bütünlüğünü sağlayan bir atomik kuvvet vardır ki buna kohezyon kuvveti diyoruz. 

 Maddenin sıcaklık derecesine bağlı olarak, moleküllerinin ısıl titreşim büyüklükleri de değişir. Sıcak cisimlerin molekülleri daha hızlı titreşirler. Bir başka ifadeyle molekülleri hızlı titreşim hareketleri yaptıklarından ötürü cisim sıcaktır. Herhangi bir cismin ısınması, bir başka ifade ile sıcaklığının artması demek; molekülleri daha şiddetle titreşmekte olan (sıcaklık derecesi daha fazla olan) bir başka cisimle temas halinde olması demektir. Mesela sıcak bir kalorifer borusunu tuttuğumuzda şiddetle titreşmekte olan metal moleküllerinin bu hareketi, belli bir süre sonra elimizi oluşturan moleküllerimizin aynı ölçüde titreşmeye başlamasına neden olur, elimiz  ısınır ve sinir sistemimiz vasıtasıyla bunu hissederiz. Boruyu ısıtan da içinden geçen sıcak suyun moleküllerinden boru moleküllerine aktarılan ısıl titreşim hareketleridir. Bu esnada elimiz fark edilecek şekilde ısınırken borunun tuttuğumuz bölümündeki sıcaklık da bir miktar azalır.  Kaza eseri elimizi çok kızgın bir metale değdirirsek, metalin moleküllerinden moleküllerimize aktarılan ısıl titreşimlerin şiddetiyle buradaki hücrelerimizin kimyası bozulur, bir miktar hücremiz bu nedenle hayatiyetini kaybeder ve derimizde yanık yarası oluşur. Yazın bulunduğumuz enlemlerde havanın ısınması, (Dünya’nın kendi etrafındaki günlük dönme ekseninin, yıllık yörünge düzlemi ile 23 derece 27 dakikalık bir açı yapmakta olmasından ötürü,) bu mevsimde kuzey yarımküreye dik düşen güneş ışınlarının hava moleküllerinin ısıl titreşimlerini arttırmasından kaynaklanır. Bu ısıl titreşimler, derimizin molekülleri vasıtasıyla vücudumuza aktarılır ve ısınırız.

Bilindiği gibi ısı oluşturmanın bir başka yolu da katı cisimleri birbirlerine şiddetle sürtmektir. İki odun parçasını bu şekilde kullanarak ateş yakabiliriz, torna veya freze tezgahında çalışılırken de ısı oluşur. Burada yaptığımız iş moleküler titreşimlerin şiddetini mekanik enerji kullanarak arttırmaktır.

Şimdi tekrar sanal mikroskobumuzla bardaktaki suya dönelim. Oda sıcaklığındaki suyu (moleküler ısıl titreşimlerinin bir kısmını bir şekilde bir başka maddenin moleküllerine aktarmak suretiyle ısı çekerek) soğutalım ve hareketleri sanal mikroskobumuzdan izleyelim: Suyun düşmekte olan sıcaklığına bağlı olarak moleküllerinin ısıl titreşim hareketlerinin giderek azaldığını göreceğiz. Sudan ısı çekmeğe devam edersek bir an gelir, suyun donma olayı gerçekleşir. Donmuş suyun molekülleri de ısıl titreşim hareketleri yaparlar, ancak bu hareketler sıvı hale nazaran oldukça azalmıştır. Veya tersini yaparak suyu ısıtalım: Titreşim hareketleri giderek şiddetlenir, moleküller çılgınca hareket etmeğe başlarlar, su kaynar ve bir müddet sonra moleküller birbirinden ayrılarak suyun yüzeyinden havaya kaçmaya başlarlar, artık buharlaşma dediğimiz olay başlamıştır. Üzeri açık bir kaptaki su, üzeri kapalı bir kaptaki suya nazaran daha uzun sürede kaynar. Zira açık kabın üstündeki atmosfer basıncı (bir başka ifadeyle hava moleküllerinin hareketleri) su moleküllerinin ısıl titreşim hareketlerini bir noktaya kadar engelleyerek kaynamayı geciktirir.

Su için deniz seviyesinde 0 derece santigrad ile 100 derece santigrad arasında cereyan eden donma ve kaynama olayları katı elementler için çok yüksek sıcaklık derecelerinde meydana gelir. Oda sıcaklığında katı halde bulunan demiri sıvı hale getirmek için 1535 santigrad dereceye kadar ısıtmak icap eder. Bu sıcaklık derecesinde demir moleküllerinin ısıl titreşimleri o mertebede artar ki, o ana kadar onları bir arada tutmakta olan kohezyon kuvvetleri etkisini kaybeder ve moleküller birbirleri üzerinden kaymaya başlarlar, demir sıvılaşır, akışkanlık kazanır, bir başka ifadeyle, erir. Demire ısı aktarmaya devam edersek eğer, 2750 santigrad derecesinde kaynamaya ve takiben buharlaşmaya başladığını görürüz. Böyle herhangi bir madde ısıtılmaya devam edilirse şiddetli  çarpışmalar sonucu molekülleri parçalanarak atomlarına ayrılır ki buna ısıl çözülme deniliyor. On binlerce derece sıcaklıklara ulaşıldığında atomlar da artan çarpışmalardan etkilenerek dış kabuklarındaki elektronlarını kaybederler ve madde  plazma dediğimiz hale gelir.

 Plazma; (+) ve (-) elektrik yükleri bakımından tarafsızlığını kaybetmiş atom çekirdeklerinden meydana gelmektedir ve yıldızları oluşturan madde büyük oranlarda, plazma halindedir. Plazma halindeki madde kainatın en önemli enerji kaynaklarından birini oluşturur. Plazma içinde yer alan hafif atom çekirdekleri birleşerek daha ağır atom çekirdekleri meydana getirir ve füzyon - kaynaşma dediğimiz bu olay sonunda büyük miktarda enerji açığa çıkarak ışınım - radyasyon halinde uzay boşluğuna dağılır. Işınım, çarptığı atomlar tarafından emilir, depolanır ve bunun sonucunda bu atomların meydana getirdiği moleküllerin ısıl titreşimlerini arttırır.

Tabii olarak bu kadar yüksek sıcaklık derecelerine ulaşmak için ısı enerjisinden farklı enerjilerin kullanılması söz konusudur. 

Atom çekirdeklerinin, kendilerini oluşturan nötron ve proton gibi temel parçacıklara ayrılması için gereken sıcaklıklar da  birkaç milyar derece mertebesindedir, ancak bu gün kainatta böyle sıcak kaynaklar bulunmamaktadır. Teorilere göre, böylesine yüksek sıcaklık dereceleri 14 milyar yıl kadar önce, kainatın yaratılışı sırasında ortaya çıkmıştı.

Diğer yandan kainatta her türlü madde için ısıl titreşimlerin durduğu, sıfır olduğu, bir sıcaklık derecesi de vardır. Santigrad bazında (-273) dereceye, Fahrenheid bazında (-459) dereceye, Kelvin bazında (0) dereceye denk düşen bu sıcaklığa  “ Mutlak Sıfır “ noktası diyoruz. Bu sıcaklık derecesinde  enerji seviyeleri o kadar düşüktür ki, kohezyon kuvvetlerinin baskın etkisi altında moleküller artık  itişip kakışamazlar, yani ısıl titreşim hareketleri yapamazlar,  sadece kendi içlerinde titreşirler. Bu noktada ısıl titreşimler artık tamamen durduğu için kainatta (-273) santigrad derecesinden daha düşük sıcaklık derecesi de olamaz. Böylesine düşük sıcaklık derecelerinde madde ilginç özellikler kazanmaktadır ki bunlardan biri de “ süper iletkenlik “ dediğimiz olaydır ; titreşimlerin son derece azalmış olması sonucu maddenin elektrik akımlarına karşı direnci de ortadan kalkmakta ve mesela böylesine soğutulmuş, simit şeklinde bir metale bir defa verilen elektrik akımı, halka içinde yıllarca dönüp durmağa devam etmektedir.