在一个由大量微观粒子构成的宏观系统中，每个微观粒子都在不停地运动着。例如气体，其中的任意一个分子不仅作为整体能在容器中自由运动，通常称这种运动为外部运动，而且分子的内部也在不停地运动着，这种内部运动包括分子的转动、振动、电子运动和核运动等。按照这些运动形式随温度变化的特征，可将它们分为两类：一类是分子的平动、转动和振动，这类运动的能量随温度的升降而增减，称为热运动；另一类是原子内的电子运动和核运动，它们在一般温度范围内的能量不随温度升降而改变，称为非热运动。但这样的分类并不是绝对的，有些物质如NO，其电子易受热激发，以致在通常温度下电子运动的能量是随温度升降而增减的。因此NO的电子运动应属于热运动。物质的热力学性质主要取决于分子的热运动。

单原子分子的热运动只有平动运动，而没有转动和振动运动；固体中的粒子没有平动运动，主要是振动、电子和核运动；而液体与固体相比，又增加了转动运动；气体又比液体增加了平动运动。

根据量子力学理论，微观粒子运动的能量都是量子化的，亦即微观粒子的能量只能取某些特定的数值，通常称为能级。任何微观粒子都具有若干个可能的能级，其中最低的能级称为基态，其余的都称为激发态。粒子所处的不同的运动状态称为量子态。当有两个以上的量子态具有相同的能量时，相应的能级称为简并能级，它所包括的量子态数称为该能级的简并度（degeneracy），用符号g表示。粒子只能吸收或释放某种固定数量的能量来改变自己的运动状态，相应地表现为在不连续的量子态或能级间激发或跃迁。能级和简并度均由量子数来表征，它们之间的关系可用量子力学原理导出，在此仅作概要介绍。