在热学的早期发展中，与温度的测量同等重要的成就是热量的测量。但是，人们一开始并没有认识到温度与热量之间的区别。最早指出它们之间区别的是苏格兰化学家布莱克。大约在1757年，布莱克提出将热量和温度分别称作“热的分量”和“热的强度”，并把物质在改变相同温度时的热量变化叫作“对热的亲和性”。在这个概念的基础上，后来出现了“热容量”和“比热”的概念。这两个概念奠定了热平衡理论的基础。
布莱克最著名的发现是“潜热”。他在实验中发现，把冰加热时冰缓慢融化，温度却不变。同样，水沸腾时化为蒸汽，需吸引更多的热量，但温度也不变。布莱克后来进一步发现许多物质在物态变化时都有这种现象，它们的逆过程也一样，而且由汽到水、由水到冰所放出的热量，正好等于由冰到水、由水到汽所吸收的热量。因此，布莱克提出了“潜热”概念，认为这些未对温度变化有所贡献的热是潜在的。布莱克的潜热概念可能启发了瓦特对蒸汽机的改进。今天我们知道，所谓潜热实际上是分子系统的内能。
面对不断增多的对热现象的研究，人们自然需要一个关于热的本质的理论。事实上，近代科学的创始者们均倾向于认为热是微粒的运动，但因没有足够的实验证据，只不过说说而已。古代的原子论者倒是相信热也是一种物质。近代原子论的复兴者伽桑狄明确提出“热原子”和“冷原子”的概念，认为物体发热是因为“热原子”在起作用。伽桑狄的理论虽然只是思辨性的，但受到18世纪物理学家的重视，并由此发展出了热质说。
热质说确实可以解释当时碰到的大部分热学现象：物体温度的变化可以看成是吸收或放出热质造成的；热传导是热质的流动；物体受热膨胀是因为热质粒子相互排斥；潜热是物质粒子与热质粒子产生化学反应的结果。由于热质是一种物质，它还遵守物质守恒定律，而这与已经知道的热量守恒现象是一致的。热质说的这些优点，赢得了当时大多数热学家的赞同。到了18世纪快结束的时候，伦福德关于摩擦生热的研究才对之提出挑战。
