熱運動とは物質を構成する粒子のカオス的な運動の過程である。温度が高いほど運動速度は速くなる。多くの場合、分子や原子の運動と考えられている。
粒子の熱運動の速度はマクスウェル分布から導出できる。
カオスは熱運動の重要な特徴である。分子運動の存在を示す最も重要な証拠は、ブラウン運動と拡散である。ただし、熱運動とブラウン運動を混同して扱うのは誤りであるので注意。