溫度計發明以前，人們常常以自己的體溫，例如以手觸摸物體，來判別溫度高低。這種以體溫為標準的觸摸感覺法，只能判別一定範圍內的溫差。古人所謂冷、寒、涼、溫、熱、燙等，都是些溫差概念，而不是指特定的溫度。由於"感覺"往往因人而異，故此在某種程度上已被感覺到屬"寒冷"或屬"熱"的一類物體後，就很難再區分它們中哪一個更冷、或更熱。因此，《淮南子•說山訓》寫道："寒不能生寒，熱不能生熱；不寒不熱，能生寒熱。"， 這正是古代人由感覺導致的溫差觀念。

熱究竟是什麼？是物質還是運動？這是十八世紀科學界爭論的大問題之一。持"熱質說"者認為，熱是一種物質，燃燒現象的產生是因為自然界有燃素。可是，這一個學說不能解釋摩擦起火的現象。　　 　　 1789年西方學者本傑明．湯姆森(公元1753-1814年)提出"熱是一種運動"。這論點是他從鑽大炮孔的摩擦實驗中作出的，他以此推翻了熱質說及促進了熱學的發展。古代中國人對這兩個問題皆有作出回答。

熱脹冷縮現象在古代得到很好的應用，古人不但了解銅鐵在熱脹冷縮後產生的變化，而且懂得利用熱脹冷縮的原理開鑿河道。

物質有固態、液態和氣態三種狀態。溫度改變能使這三種狀態相互轉換。人們首先從天氣變化中觀察到物態的變化。同是雨水，"夏日則雨水，冬日天寒則雨凝而為雪"(《論衡．感應篇》)。 　　在日常生活中如燒水做飯，人們常常會觀察到水與汽兩者之間的變化。而水與冰兩者的變 化，使人們正確地作出溫度不同的結論："冰，水為之，而寒於 水。"(《荀子•勸學》)