分子內能是指物體內部所有分子熱運動的動能和分子間相互作用的勢能的總和。分子動能主要與分子的平均震動速度有關，而分子勢能則與分子間的距離和相互作用的分子間作用力（如範德華力）有關。
所有物體，不論其狀態、形狀或溫度如何，都具有內能，因為其分子永不停息地做無規則運動，分子間存在相互作用的引力和斥力。同一物體的內能大小與溫度、分子數量、質量以及分子間的相對位置有關。例如，溫度越高，分子熱運動的平均動能越大，從而導致內能增加；而分子勢能則取決於分子間距，在平衡位置（r0）附近，分子間距減小（r減小）時，分子勢能可能增大也可能減小。
內能與機械能不同。內能是由物體內部分子的運動和相互作用決定的微觀量，而機械能是由物體的機械運動狀態（如速度、高度及彈性形變數）決定的巨觀量。一個物體可以同時具有內能和機械能，但有時可能沒有機械能而內能依然存在。例如，靜止在地面上的物體沒有機械能，但其內部卻存在永不停息的分子運動和相互作用。
理想氣體是一個特例，其中分子勢能為零，因為理想氣體假設分子間沒有相互作用力。因此，理想氣體的內能僅與分子的動能相關，而分子的動能主要與溫度相關。