Nhiệt độ là tính chất vật lý của vật chất hiểu nôm na là thang đo độ "nóng" và "lạnh". Vật chất có nhiệt độ cao hơn thì nóng hơn.
Dựa vào định luật 1 nhiệt động lực học
Một cách định nghĩa nhiệt độ là dựa vào cân bằng nhiệt động. Nếu hai hệ vật chất được cho tiếp xúc với nhau, các tính chất của chúng có thể thay đổi do trao đổi nhiệt năng hay tổng quát là năng lượng. Theo thời gian trôi qua, trao đổi này chậm dần rồi ngừng lại và tính chất của hai hệ không biến đổi nữa, hai hệ đạt đến cân bằng nhiệt động với nhau.
Định luật 1 nhiệt động lực học phát biểu: "nếu hai hệ nhiệt động lực, A và B, ở trạng thái cân bằng nhiệt động với hệ nhiệt động lực thứ ba, C, thì A và B cũng ở trạng thái cân bằng nhiệt động với nhau". Định luật này rút ra từ quan sát thực nghiệm, chứ không có cơ sở lý thuyết. Cả ba hệ A, B và C đều ở cùng trạng thái cân bằng nhiệt động, nên ta có thể đặt một tính chất chung cho trạng thái đó. Nó gọi là nhiệt độ.
Như vậy nhiệt độ là đặc tính xác định trạng thái cân bằng của hệ nhiệt động lực. Tuy nhiên cũng cần lưu ý khi phát triển khái niệm nhiệt độ cho hệ không ở trạng thái cân bằng nhiệt.
Dựa vào định luật 2 nhiệt động lực học
Định luật 2 nhiệt động lực học hay, chính xác hơn, cơ học thống kê cho ta định nghĩa về nhiệt độ của một hệ nhiệt động, dựa trên khái niệm "cơ bản hơn" entropy:
1/T = (dS)/(dE)
Ở đây, T là nhiệt độ của hệ, S là entropy của hệ, là hàm của năng lượng E của hệ. Như vậy, nghịch đảo nhiệt độ là độ thay đổi của entropy theo năng lượng.