內(nèi)能從微觀的角度來(lái)看，是分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)能量總和的統(tǒng)計(jì)平均值。分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的能量包括分子的動(dòng)能、分子間相互作用勢(shì)能以及分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的能量。

內(nèi)能是熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)兩個(gè)具狀態(tài)變數(shù)之基本狀態(tài)函數(shù)的其中一個(gè)函數(shù)。內(nèi)能是指系統(tǒng)所含有的能量，但不包含因外部力場(chǎng)而產(chǎn)生的系統(tǒng)整體之動(dòng)能與勢(shì)能。內(nèi)能會(huì)因系統(tǒng)能量的增損而隨之改變。

系統(tǒng)的內(nèi)能可能因?qū)ο到y(tǒng)加熱、對(duì)系統(tǒng)作功，或添加或移除物質(zhì)而改變。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)有不可穿透的墻阻止物質(zhì)傳遞時(shí)，該系統(tǒng)稱之為“封閉系統(tǒng)”。

如此一來(lái)，熱力學(xué)第一定律描述，內(nèi)能的增加會(huì)等于增加的熱量加上環(huán)境對(duì)該系統(tǒng)所做的功。若該系統(tǒng)周圍的墻不能傳遞物質(zhì)與能量，則該系統(tǒng)稱之為“孤立系統(tǒng)”，且其內(nèi)能會(huì)維持定值。

內(nèi)能是一系統(tǒng)內(nèi)的狀態(tài)函數(shù)，因?yàn)槠渲祪H取決于該系統(tǒng)的目前狀態(tài)，而與達(dá)到此一狀態(tài)所采之途徑或過(guò)程無(wú)關(guān)。內(nèi)能是個(gè)外延物理量。內(nèi)能是個(gè)基本熱動(dòng)力勢(shì)能。使用勒讓德變換，可從內(nèi)能開(kāi)始，在數(shù)學(xué)上建構(gòu)出其他的熱動(dòng)力勢(shì)能。