自然界里温度差普遍存在，存在温度差处，必然有高温处与低温处之分。那么，这两处有什么变化发生呢?
　　大家都有这样的体验：我们身体温度通常是37℃，而周围环境气温多低于这个温度。特别在冬天，体温与环境气温的差别加大，人体就会感觉到冷，这是人体的“热”自发地传递到低温处的量加大的缘故。这时，如果你用木炭生一盆火(高温处)，“热”就会自发地传递到周围环境(低温处)中去，随即温度升高，你就会感到暖和。
　　可见，存在温度差处，就会发生“热”传递的变化，即“热”从高温处自发地流向低温处。
　　“热”是什么呢?科学研究表明：热是物体内部所有分子的无规则的不停地运动(热运动)的动能和分子势能的总和，“热”即是内能(热能)。存在温度差的地方发生热传递时，高温物体内能减少，低温物体内能增加。在热传递過程中，传递内能的多少叫做热量。物体吸收热量，内能增加；放出热量，内能减少。
　　人类早已用煤等化石能源燃烧产生的“热能”以驱寒冷、煮食物。近两三百年来，相继发明了蒸汽机，内燃机(汽油机、柴油机)等热机。这些机械做功，即使内能转化为机械能。
　　现代的热机除上述外，还有汽轮机、喷气发动机等，它们用于多个方面。
　　热机做功是在相关物质的温度差较大情况下实现的。但是，在自然界有很多温度差较小的情况。能否利用其中所蕴藏的“热量”，使之成为“温差能源”呢?
　　1933年，在法国的一个实验室，科学家在室温下利用30℃的温差使工作物质推动小型发动机发电，点亮了几个小灯泡，首次证实自然温差作为能源的可能性。20世纪60年代，美国阿拉斯加输油管利用寒冷的气候条件加强基土“散热”，以防止基土“融化”下沉，从而保证了管路系统的安全运行。受此启发，研究人员开始对自然温差能源进行实用化研冤。1986年，经过约10年的试验研究，日本建成了世界上第一座以自然冷能制冷的冷藏库。
　　海水表面和深层温度可以相差20℃以上，这种差异同样蕴藏着巨大的“热量”。据估算，总蕴量可以达到20亿千瓦。目前，科学家正在积极着手进行海洋温差能源的开发利用。海洋温差发电已经进入试验阶段。美国、英国相继建造了小型实验电站。1990年，日本在鹿儿岛正式建造的温差发电站，现已正常供电。此外，用海水温差发电还具有海水淡化功能。一座10万千瓦的温差发电站，每天可产淡水378立方米。通过海洋温差发电还可以抽取深层海水中的丰富营养物质，增加近海捕鱼量。
　　利用自然温差能源可以实现房屋的无能耗调温。它与普通空调设施投资相当，但运转时只需要消耗一些通风用电，耗电功率可以降到一般空调的1/30以下，大大节约了能源。据我国有关专家测算，如果全国70％的采暖、降温改用自然温差能源，每年至少可以节省1亿吨标准煤。
　　自然温差能源能够有效地解决电脑和其他电子产品的散热问题。电脑主机箱中有一电风扇，开机时转动，可以帮助其中的电子元件散热。如果充分利用自然“冷能”制成高效散热板，就可以拆掉这台电扇，从而延长电脑的使用寿命。
　　在沙漠中修建无能耗大型冷凝器，白天利用太阳的辐射热使苦水、咸水蒸发，将水蒸气引入冷凝器中，就能得到蒸馏水。夜间气温降低后，储存高温的热管开始工作，将冷凝器周围的热量传出，散往大气。于是冷凝器又重新具备了冷凝水蒸气的能力。如此周而复始，连续不断，就可以实现苦水、咸水淡化。
　　此外，利用自然温度差，还可生产调温式集装箱，以解决生鲜食品的长途运输问题。这一方法还可用于防止煤炭自燃等。