În termodinamică, energia internă a unui sistem termodinamic sau a unui corp cu limite bine definite, notată cu U sau, uneori, E, reprezintă totalul energiei cinetice datorate mișcării moleculelor (de translație, rotație, vibrație) și al energiei potențiale asociate energiei vibraționale și electrice a atomilor din molecule sau cristale. Aceasta include energia din toate legăturile chimice și energia electronilor liberi, de conducție, din metale.
Energia internă este un potențial termodinamic și, pentru un sistem termodinamic închis menținut la entropie constantă, va fi minimizată.
Se poate calcula, de asemenea, energia internă a radiației electromagnetice sau a corpului negru. Aceasta este o funcție de stare a unui sistem, o mărime extinsă. Unitatea SI de energie este joule-ul, deși alte unități istorice, convenționale, sunt încă utilizate, cum ar fi caloria (mică și mare) pentru căldură. (Caloriile care se regăsesc pe etichetele clasice ale alimentelor sunt de fapt kilo-calorii).