Si definisce capacità termica di un corpo il rapporto tra il calore fornito (o sottratto) e l'aumento (o diminuzione) di temperatura che ne è conseguito, perciò possiamo scrivere:

A parità di calore fornito, corpi con capacità termica maggiore aumenteranno meno di temperatura. La capacità termica di un corpo è una quantità macroscopica legata alla sua massa m, e a una proprietà intrinseca della materia che compone il corpo definita calore specifico c (il calore specifico è definito come il calore necessario per innalzare la temperatura di un corpo di massa unitaria di 1K; esso varia a seconda del range di temperatura in cui si osserva l'innalzamento):

Presi due corpi fatti dalla stessa sostanza, quello di massa maggiore avrà capacità termica maggiore, per cui, fornendo loro lo stesso calore, raggiungerà temperature inferiori. Masse uguali di sostanze diverse hanno capacità termica direttamente proporzionale al calore specifico. Questa equazione vale a pressione e/o volume costante (nella situazione descritta dalla domanda lo sono entrambi). Un uguale volume (tazza) di caffè e latte corrisponde a circa la stessa massa, infatti:

Il caffè è acqua, con peso specifico 1g/ml, per cui massa e peso coincidono. Il latte ha peso specifico variabile tra 1.029-1.034 g/ml a seconda della quantità di grassi contenuta. Chiamando x il volume della tazza si ha:

massa_caffè = (x) g
massa_latte = (1.031x) g

per cui, applicando le equazioni di cui sopra, le capacità sono:

dove 1cal/g•°C è il calore specifico dell'acqua/caffè a 14 °C e alla pressione ambiente, e 0.94cal/g•°C è il calore specifico del latte, intero o scremato (panna 30% di grasso = 0.98 cal/g•°C, panna 60% di grasso = 1.05 cal/g•°C, burro = 0.53 cal/g•°C).
Infine si ha, ipotizzando di sottrarre una stessa quantità di calore Q (espressa in calorie) da entrambe le tazze (le quali, essendo uguali, hanno uguale capacità termica, per cui non vengono prese in considerazione nel calcolo di variazione di temperatura)

Dato che la quantità Q/x è uguale, la variazione di temperatura maggiore si avrà nel caso del latte, che quindi raffredda prima.