İç enerji ya da termal enerji bir sistemin mikroskopik boyutlardaki enerjisidir. Sistemin atomlarının veya moleküllerinin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamıdır. Yani moleküllerin hareketlerinden dolayı sahip oldukları enerji ile moleküller arası bağların enerjisi iç enerjiyi verir. İç enerjinin kinetik kısmını taneciklerin öteleme, dönme ve titreşim hareketleri; potansiyel kısmını atomlar ve moleküller arası elektrik kuvveti ve atom çekirdeğindeki kuvvetler oluşturur.
Bir sistemin makrosopik boyutlardaki potansiyel ve kinetik enerjisinden bağımsızdır. Bir sistem makroskopik olarak hareket etmese de sistemi oluşturan tanecikler hep hareket halindedir.
İç enerji bir enerji biçimidir ve bir sistemin durumunu gösteren bir özelliğidir. Bir sistem yalıtılmış da olsa, yani çevresiyle ısıl temas halinde olmasa da, sistemin iç enerjisi vardır.
Skaler bir büyüklüktür ve türetilmiş bir niceliktir, U simgesiyle gösterilir. Birimi enerji birimiyle aynıdır, joule (J)’dür.