從宏觀上來講，溫度高低反映的是冷熱程度。但在微觀上，物體之所以會有冷熱的現象，其根本原因是微觀粒子的熱運動。因此，溫度其實度量的是熱運動劇烈程度。粒子的熱運動包括平動、轉動以及振動，所以粒子的總動能也由平動動能、轉動動能以及振動動能所組成。以氣體分子為例，如果某種氣體分子的平動自由度、轉動自由度和振動自由度分別為t、r和s，那麽，平均總動能為：
其中k為玻爾茲曼常數，T為溫度。
可以看到，平均總動能與溫度呈正相關。那麽，平均總動能的上下限也決定著溫度的上下限。
如果所有的熱運動完全停止下來，物體也就不會有熱量產生，所以溫度將會降到最低的絕對零度，大約為-273.15 ℃。但量子力學禁止粒子絕對靜止，所以溫度不可能下降到絕對零度。人類在實驗室中所實現的低溫也只是在不斷接近絕對零度，目前的最低溫度比絕對零度高出100億分之壹度。
另壹方面，如果平均總動能不斷升高，溫度也會隨之升高。根據狹義相對論，動能會隨著速度趨於光速而變得無窮大，那麽，這是否意味著溫度可以無限高呢？
如前所述，溫度是有上限的，不會無限升高。因為粒子的熱運動劇烈到壹定程度時，其史瓦西半徑將會大於普朗克長度，這就會引發坍縮成黑洞，自身將會進入無限小的奇點中。因此，目前的物理學理論只能解釋到普朗克溫度。如果要探討比普朗克溫度更高的溫度，需要量子引力理論，而這是目前所無法做到的。
理論計算出來的普朗克溫度約為1.4168×10^32 K，超過1.4億億億億度，只有在宇宙誕生的第壹個普朗克時間（5.3912×10^-44秒）才有達到過這個溫度上限。