Теплово́е движе́ние а́томов и моле́кул, хаотическое непрерывное движение частиц, составляющих макроскопические тела. Его интенсивность определяется температурой тела: чем выше температура, тем оно интенсивнее.

В тепловом движении участвует огромное число частиц. Например, в 1 см³ комнатного воздуха около 2,7·10¹⁹ молекул, испытывающих около 5·10⁹ столкновений в секунду при средней скорости теплового движения около 500 м/с. В результате таких столкновений в системе возникает беспорядочное движение, в котором равновероятно любое направление скорости молекулы, а величины скоростей лежат в широких пределах. Броуновское движение наглядно демонстрирует хаотический непрерывный характер теплового движения и зависимость этого движения от температуры.

Включает как поступательное движение частиц, так и беспорядочные вращения молекул, а также внутренние колебания составляющих молекулы атомов. Тепловое движение в жидкостях и твёрдых телах представляет собой малые колебания (с частотами 10¹¹–10¹³ Гц) частиц вблизи положения равновесия и относительно редкие перемещения частиц, обладающих достаточной энергией для преодоления потенциального барьера.

Тепловое движение частиц описывается законами статистической физики. В рамках классической статистической механики для теплового движения атомов и молекул справедлив закон равнораспределения. Оно лежит в основе таких явлений, как диффузия, вязкость, теплопроводность веществ и др., и обусловливает целый ряд свойств термодинамических систем, например давление газа на стенки сосуда. Тепловое излучение вещества – также проявление теплового движения атомов и молекул: суммарная кинетическая энергия двух сталкивающихся атомов может быть достаточной для перехода атома в возбуждённое состояние; при возвращении в основное состояние атом испускает квант света.