Idealiųjų dujų molekulės tarpusavyje nesąveikauja, todėl jų potencinė energija lygi nuliui. Visą idealiųjų dujų vidinę energiją sudaro molekulių šiluminio judėjimo kinetinė energija. Vienatomių idealiųjų dujų (pvz., argono, neono, helio) vidinė energija apskaičiuojama pagal formulę: U = (3/2)nRT, kur n – medžiagos kiekis moliais, R – universalioji dujų konstanta, T – absoliučioji temperatūra. Ši formulė rodo, kad idealiųjų vienatomių dujų vidinė energija yra tiesiogiai proporcinga jų absoliučiajai temperatūrai. Ją taip pat galima išreikšti per slėgį (p) ir tūrį (V): U = (3/2)pV.

Termodinamika yra fizikos šaka, tirianti šiluminius reiškinius, remdamasi energijos tvermės dėsniu, ir nagrinėjanti, kaip vidinę energiją paversti mechaniniu darbu. Ji neatsižvelgia į kūnų vidinę sandarą, o molekulinė kinetinė teorija aiškina šiuos reiškinius, remdamasi medžiagos sandara. Šios dvi teorijos papildo viena kitą. Istoriškai, žmonės pirmiausia naudojo raumenų jėgą, vėliau – paprastus mechanizmus, vėjo ir vandens energiją. Vidinė energija, kaip energijos šaltinis, pradėta naudoti XVIII amžiuje ir dabar sudaro didžiąją dalį technikoje naudojamos energijos.

Kūnų vidinės energijos atsargos gali būti didžiulės. Pavyzdžiui, klasėje esančio oro vidinė energija, apskaičiuota pagal formulę U = (5/2)pV (dviatomių dujų atveju), gali siekti dešimtis milijonų džaulių. Šios energijos pakaktų pakelti sunkų lėktuvą. Kitas pavyzdys – verdančio vandens energija. Energija, sunaudojama užvirinti 1 litrą vandens, prilygsta energijai, reikalingai pakelti lengvajam automobiliui į kelių aukštų pastatą. Nors vidinės energijos atsargos didelės, ne visada įmanoma ją efektyviai paversti mechaniniu darbu.

Idealiųjų dujų vidinė energija priklauso tik nuo temperatūros, nes jų molekulių sąveikos potencinė energija lygi nuliui. Tačiau, realiųjų dujų vidinė energija priklauso ir nuo temperatūros, ir nuo tūrio. Keičiantis tūriui, keičiasi atstumai tarp molekulių, taigi ir jų sąveikos energija. Skysčių ir kietųjų kūnų molekulių sąveikos energija yra panaši į jų judėjimo energiją, todėl jų vidinė energija taip pat priklauso nuo tūrio. Apskritai, kūnų vidinė energija yra funkcija, priklausanti nuo temperatūros ir tūrio (U = f(T, V)).

Vidinė energija yra visų kūną sudarančių dalelių (atomų ar molekulių) netvarkingo judėjimo ir sąveikos energija. Ji apima dalelių kinetinę (judėjimo) ir potencinę (sąveikos) energijas. Skirtingai nei mechaninę energiją, vidinės energijos negalima tiksliai apskaičiuoti tiesiogiai, nes dalelių padėtis ir greitis nuolat kinta, o jų yra labai daug. Vidinę energiją galima išreikšti makroskopiniais dydžiais, tokiais kaip temperatūra ir tūris.