物質系統由其內部狀態所決定的能量。它是系統的一個態函數，從物體的微觀結構來看，系統的內能包括分子無規則運動的能量、分子間的相互作用能、分子的內稟能量（原子內的能量及原子核內的能量）等。但在系統經歷的熱力學過程中，上述能量中有些並不發生變化（如原子內的能量、原子核內的能量等），因此在內能的增量中，它們作為常數項而被消去。所以在熱力學中，內能一般僅指分子無規則運動的能量及分子間的相互作用能。
內能是系統狀態的單值函數，是一個個廣延量。在一般情況下，系統的內能可以表示為系統的溫度和外參量的函數。對於真實氣體來說，其內能是溫度和體積（或壓強和溫度、壓強和體積）的函數。理論和實驗都表明，理想氣體的內能則僅是溫度的函數。
若系統同外界發生能量交換而由初態Ⅰ變為終態Ⅱ，其間的變化方式可能不同，從而功和熱量的數值均可有所不同，但內能的增量則恒相同，且等於狀態變化過程中功與熱量之和：ΔU=A+Q，式中ΔU為內能的增量， A為對系統所作的功，Q為系統所吸收的熱量（見熱力學第一定律）。