Ta có thể nhận biết trực tiếp một vật có nhiệt năng khi vật đó có khả năng phát ra nhiệt (nhiệt độ cao) và làm nóng các vật khác xung quanh. Khi chạm vào một vật có nhiệt năng cao hơn nhiệt độ cơ thể, ta sẽ cảm thấy nóng. Ngoài ra, nếu vật đó có khả năng truyền nhiệt (như kim loại) thì ta cũng có thể nhận biết sự có mặt của nhiệt năng thông qua cảm giác nóng khi chạm vào.

Một số phương pháp khác để nhận biết nhiệt năng là sử dụng cảm biến nhiệt hoặc cảm biến hồng ngoại, tuy nhiên, những cách này không phải là "nhận biết trực tiếp" theo nghĩa vật lý mà bạn đã đề cập.