熱究竟是甚麼？是物質還是運動？這是十八世紀科學界爭論的問題之一。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。先秦時期，人們崇尚「五行」觀念。五行，即金、木、水、火、土，認為火也是自然萬物之一。古人大膽地從五行觀念中找尋摩擦生火的根據，發明鑽木取火的方法。史籍記載，這個方法是由原始社會初期的燧人氏發明，故稱「燧人氏鑽木取火」。通過鑽木取火，人們在春秋戰國時期懂得了一條熱學的基本規律：木與木相摩則燃。中國是世界上最早發現並利用高溫燃料的國家，如開發與利用煤炭、石油、天然氣，在歷代典籍中的記載屢見不鮮。

人們首先從天氣變化中觀察到物態的變化，如水結冰，天寒；冰化水，天氣轉暖。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。1789年西方學者本傑明‧湯姆森提出「熱是一種運動」，中國古時學者對「熱」也有持運動說。在古代，對於物態變化最有研究的當屬煉丹家。他們為了煉製長生不老藥或點鐵成金，終生隱居山林，將一些藥物、礦物加熱、鍛燒、蒸煮、冷卻，使其物態發生變化。最早的煉丹家之一葛洪曾說：「丹砂燒之成水銀，積變又還成丹砂。」其次，據《華陽國志》載，在戰國末期，秦國的李冰為開鑿都江堰，曾利用熱脹冷縮原理打碎攔路巨石；甚至，東漢時，成都太守虞詡主持西漢水（嘉陵江上游）航運整修工程，也用了同樣方法。

雖然古人觀察到物態的變化，也可以感知冷、寒、涼、溫、熱、燙等溫差概念，但很難再區分它們中哪一個更冷或更熱。為了區分熱程度，古人以水的遞次沸騰現象來判定水溫。明代屠龍說，燒水有三沸：「始如魚目微有聲，為一沸；緣邊泉湧連珠，為二沸；奔濤濺沫，為三沸。」由現在的知識判斷，一沸約75℃至80℃，二沸約85℃至90℃，三沸為l00℃。對熱度的判斷也體現在冶煉和燒陶過程中。工匠通過察顏觀色判別溫度高低，觀察「火候」成為中國傳統科學文化中的重要一環。

通過對熱學的觀察和積累，古人創造出許多關於熱力的玩具，如走馬燈、仙音燭等。走馬燈又稱「馬騎燈」，當燈籠內點燃燈燭後，熱氣上升，剪紙隨立軸旋轉。從外表看，就成「車馳馬驟、團團不休」。宋代的「仙音燭」與走馬燈的發明相類似。燭火燃燒時，鐵絲撥動輕小玲瓏玩物，發出叮哨響聲。燭火滅，就沒有熱氣流推動葉輪旋軸，於是音響停止。