温度是表征物质热状态的物理量。在热力学中，处于热平衡的系统具有相同的温度；在通常条件下，温差会驱使热量自发地从温度较高的物体传向温度较低的物体。温度与能量不同：它并不衡量物体所含能量的总量。温度的科学含义建立在平衡、测量以及物质的微观行为之上，而不仅仅取决于人对冷热的感觉。(openstax.org)
热平衡与热力学定义
如果两个系统相互热接触时没有净热量传递，就称它们处于热平衡。热力学第零定律指出，如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，那么这两个系统彼此也处于热平衡。这一关系使温度测量成为可能：将温度计与物体接触并使其达到热平衡，温度计便可指示两者共同的温度。热平衡专门涉及温度，而完整的热力学平衡还要求不存在其他会引起宏观变化的过程。(openstax.org)
温度是一种强度量：将处于均匀平衡状态的样品分成较小的几份，不会改变各部分的温度。更严格的定义将温度与熵和内能联系起来。对于体积 (V) 和粒子数 (N) 固定的简单系统，
[ T=\left(\frac{\partial U}{\partial S}\right)_{V,N}. ]
其中，(U) 表示内能，(S) 表示熵。因此，温度描述的是在给定约束条件下内能如何随熵变化，而不只是系统含有多少能量。(ocw.mit.edu)
微观解释
统计力学将温度与原子和分子的集体行为联系起来。对于处于平衡状态的经典理想气体，每个粒子的平均平动动能为
[ \left\langle E_{\mathrm{trans}}\right\rangle=\frac{3}{2}k_{\mathrm B}T, ]
其中，(k_{\mathrm B}) 是玻尔兹曼常数。温度越高，平均平动能就越大，但这并不意味着每个粒子的速率都相同。各个粒子通过碰撞不断交换能量。(nist.gov)
这一关系并不是可以原封不动地适用于所有材料的普遍定义。分子还可能发生转动和振动，粒子间的相互作用也会对内能产生贡献。可参与的运动方式有多少、这些运动被激发的程度如何，都会影响物质在升温时吸收的能量。因此，即使粒子数相同，温度相同的不同物质也不一定具有相等的内能。(nist.gov)
单位与温标
开尔文的符号为 K，是国际单位制中的热力学温度单位。其大小通过将玻尔兹曼常数固定为以下精确值来定义：
[ k_{\mathrm B}=1.380649\times10^{-23}\ \mathrm{J,K^{-1}}. ]
这一定义将温度测量与一个普适的物理常数联系起来。以开尔文表示温度时不写度数符号：应写作 300 K，而不是 300 °K。(nist.gov)
摄氏温标的单位间隔与开尔文相同，但零点不同：
[ t_{\mathrm C}=T_{\mathrm K}-273.15. ]
华氏温标与摄氏温标的关系为
[ t_{\mathrm F}=\frac{9}{5}t_{\mathrm C}+32. ]
因此，1 K 的温差等于 1 °C 或 1.8 °F 的温差。在接近标准大气压的条件下，纯水约在 0 °C 凝固，约在 100 °C 沸腾；这些温度取决于具体条件，并不是现代开尔文定义的依据。(nist.gov)
测量与校准
温度计通过可重复的物理响应来推断温度。接触式仪器可以利用液体膨胀、电阻变化或热电电压。铂电阻温度计是重要的参考仪器，而热电偶可用于较宽温度范围内的测量。准确的接触式测量要求传感器充分达到热平衡，并注意传感器与周围环境之间的热量交换。(bipm.org)
非接触式仪器根据物体发出的电磁辐射推断温度。其工作原理以黑体辐射为基础，但实际表面的辐射特性不一定与理想黑体相同。表面发射率和仪器的光谱响应都会影响推断出的温度。这类仪器无需将探头插入物体便可进行测量。(nist.gov)
实际的精密温度测量经常采用 1990 年国际温标，简称 ITS-90。它规定了参考点和测量程序，使不同实验室测得的温度具有可复现性。ITS-90 是对热力学温度的近似；这种实用温标与热力学温度之间的微小差异一直受到研究，并有相应记录。校准为计量溯源性提供支持，使测量结果能够在注明不确定度的情况下，与公认的参考标准建立联系。(bipm.org)
温度、热量与物态变化
热量是因温差而传递的能量，并不是储存在物体内部的一种物质。系统的热容描述了在给定条件下，使其温度发生指定变化所需的能量。因此，输入相同的热量，可能使不同材料或不同数量的同种材料产生不同的温升。(openstax.org)
能量传递不一定会改变温度。在平衡相变过程中，例如恒定压力下的熔化，输入的能量可以改变固相和液相的比例，而温度保持不变。沸点和熔点也取决于压力，这说明仅凭温度值并不能完整确定材料的状态。(openstax.org)
低温极限
绝对零度为 0 K，相当于 −273.15 °C。它是普通平衡系统的低温极限，系统的能量在此趋近于其可能的最小值。对理想气体行为的外推有助于确立这一概念，不过真实气体通常在接近这一极限之前就会液化或凝固。常规冷却方法无法达到绝对零度；实验只能逐步达到更接近绝对零度的温度。(openstax.org)