L'energia interna di un sistema (simbolo E oppure U) è la somma dell'energia cinetica totale dovuta al moto delle molecole, energia traslazionale, rotazionale, vibrazionale) e dell'energia potenziale totale associata all'energia vibrazionale ed elettrica dei costituenti molecolari. È una funzione di stato, la cui unità di misura nel Sistema Internazionale è il Joule.

Nei sistemi monoatomici (per esempio i gas nobili) l'energia interna deriva solo dall'energia cinetica traslazionale dei singoli atomi.
Il simbolo E è dovuto all'iniziale della parola energia (voce derivata dal greco ergon "lavoro, attività"). Il simbolo U è probabilmente legato al verbo latino urgere "spingere, premere forte, guidare".