La entrada de energía térmica (Q) necesaria para elevar la temperatura (T) de una sustancia un grado Celsius (1 ° C) se define como su capacidad calorífica (C). Dado que es una propiedad «extensa», el valor de C varía no solo de una sustancia a otra, sino también para diferentes cantidades de la misma sustancia. Para ajustar esto, las capacidades de calor pueden expresarse en términos que incorporen cantidad o cantidad. Si se hace referencia a la capacidad calorífica por mol de material, se denomina capacidad calorífica molar; si en cambio se trata de la capacidad de calor por gramo de material, es la capacidad de calor específico, o más simplemente, el «calor específico». Estos términos son de gran valor cuando se refieren a sustancias puras.
Los problemas de ingeniería a menudo proporcionan C como «dado», mientras que Q es «desconocido». La ecuación es Q = smΔT, donde m es la masa en gramos y ΔT es el aumento de temperatura en grados Celsius. La capacidad calorífica puede ser un parámetro clave por varias razones. A modo de ilustración, los materiales de mayor capacidad calorífica se utilizan a veces como disipadores de calor, porque absorben el calor como una esponja. En este sentido, el agua es digna de mención, ya que presenta el mayor valor de C conocido entre las sustancias comunes, lo que la hace eminentemente apta para su uso como refrigerante de radiadores.
En meteorología, la capacidad calorífica juega un papel en varios fenómenos, incluido el motivo por el cual el viento, a lo largo de la costa, sopla en una dirección diferente durante el día que durante la noche. La tierra tiene una capacidad calorífica menor que el agua, por lo que la tierra se calienta más rápido que el mar durante el día, mientras que se enfría más rápidamente durante la noche. El aire es más frío sobre el océano durante el día, pero sobre la tierra durante la noche. El aire caliente es ligero y se eleva, permitiendo que brisas más frías y pesadas lo reemplacen. Durante el día, estas brisas soplan de tierra a mar, mientras que durante la noche ocurre lo contrario, lo que influye tanto en las aves costeras como en los pilotos de planeadores.
La capacidad calorífica no tiene la intención de tener en cuenta los cambios de fase, como en el derretimiento del hielo para formar agua. Este fenómeno se considera por separado: esta propiedad se llama «calor de fusión». De manera similar, la conversión de líquido en gas se denomina «calor de vaporización». El hielo tiene un calor de fusión excepcionalmente alto, lo que confiere estabilidad a los sistemas climáticos de la Tierra y hace que la refrigeración doméstica sea práctica. Curiosamente, el gas amoniaco, que alguna vez se usó en sistemas de refrigeración industriales y domésticos, tiene una capacidad calorífica y un calor de fusión aún mayores.