Теплоёмкость, $\textit{C}$, отношение количества теплоты, поглощаемой (выделяемой) телом при бесконечно малом изменении его температуры, к величине этого изменения. В СИ (SI) теплоёмкость измеряется в Дж/К. Теплоёмкость единицы массы вещества называют удельной теплоёмкостью, одного моля вещества – молярной (мольной) теплоёмкостью; эти величины, как правило, обозначают ${c}$ и измеряют соответственно в Дж/(кг·К) и Дж/(моль·К).

Количество теплоты, поглощаемой (выделяемой) телом при изменении его температуры, так же как и теплоёмкость этого тела, зависит от способа, которым был осуществлён процесс перехода между начальным и конечным состоянием тела. Различают теплоёмкость при постоянном давлении ${C_p}$ (тело нагревают или охлаждают, поддерживая постоянное давление) и теплоёмкость при постоянном объёме ${C_V}$ (тело нагревают или охлаждают, сохраняя его объём). В первом случае при нагревании часть поступающей к телу теплоты тратится на работу по расширению тела, а часть – на увеличение его внутренней энергии (т. е. собственно на нагревание); во втором случае вся теплота расходуется только на увеличение внутренней энергии. Таким образом, ${C_p}$ всегда больше ${C_V}$.

Для газов, разреженных настолько, что их можно считать идеальными, разность молярных теплоёмкостей равна универсальной газовой постоянной ${R}$: ${c_p-c_V=R}$. У жидкостей и твёрдых тел разница между ${c_p}$ и ${c_V}$ сравнительно невелика из-за малости коэффициента объёмного теплового расширения. При комнатной температуре ${c_V}$ всех простых веществ, находящихся в твёрдом состоянии, практически одинакова (закон Дюлонга и Пти). Удельная теплоёмкость ${c_p}$ некоторых веществ при атмосферном давлении и температуре 20 °С составляет в кДж/(кг·К): меди – 0,38, воздуха – 1, воды – около 4,2.

Теплоёмкость и её зависимость от температуры вычисляют теоретически методами статистической физики. Теплоёмкость обусловлена полным числом степеней свободы частиц тела: поступательным и вращательным движениями молекул, колебаниями атомов внутри молекул или колебаниями ионов вокруг узлов кристаллической решётки. При температурах выше температуры вырождения теплоёмкость для каждой из степеней свободы рассчитывается на основе закона равнораспределения (${\frac{1}{2}R}$ на каждую из поступательных и вращательных степеней свободы, ${R}$ – на каждую из колебательных). Например, теплоёмкость одноатомного газа составляет ${\frac{3}{2}R}$, что хорошо согласуется с экспериментом. При расчёте теплоёмкостей газов, жидкостей и твёрдых тел, имеющих температуру ниже температуры вырождения, необходимо учитывать квантовые эффекты – прежде всего дискретную структуру спектра энергии тела.

Теплоёмкость, как правило, убывает с понижением температуры ${T}$ и (в соответствии с третьим началом термодинамики) стремится к нулю при ${T\to 0}$. Однако вблизи критической точки жидкости или температуры фазового перехода 2-го рода теплоёмкость резко возрастает. При низких температурах теплоёмкость диэлектриков и полупроводников пропорциональна ${T^3}$ (закон теплоёмкости Дебая). Вклад в теплоёмкость металлов вносят не только ионы кристаллической решётки, но и электроны проводимости (см. в статье Электронная теплоёмкость), однако их вклад в теплоёмкость существен лишь при температурах, близких к абсолютному нулю.