Mọi vật chất trong tự nhiên đều có thể tồn tại ở ba trạng thái cơ bản: rắn, lỏng và khí. Sự chuyển đổi giữa các trạng thái này được gọi là sự chuyển thể. Một trong những quá trình chuyển thể quan trọng và phổ biến nhất là sự nóng chảy, tức là quá trình một chất chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng.
Quá trình nóng chảy xảy ra khi vật chất rắn hấp thụ nhiệt năng từ môi trường, năng lượng này làm tăng động năng của các phân tử, khiến chúng dao động mạnh hơn và dần phá vỡ các liên kết cố định trong cấu trúc tinh thể rắn. Đến một nhiệt độ nhất định, gọi là nhiệt độ nóng chảy, các phân tử có đủ năng lượng để vượt qua lực liên kết, di chuyển tự do hơn và chất rắn bắt đầu chuyển sang trạng thái lỏng.
Điểm đặc biệt của quá trình nóng chảy với các chất rắn kết tinh là trong suốt thời gian nóng chảy, nhiệt độ của vật liệu không thay đổi, mặc dù nó vẫn tiếp tục hấp thụ nhiệt. Năng lượng hấp thụ thêm vào thời điểm này được gọi là nhiệt nóng chảy, dùng để phá vỡ hoàn toàn các liên kết và chuyển đổi trạng thái, chứ không phải để tăng động năng của phân tử (tức là tăng nhiệt độ). Chỉ khi toàn bộ chất rắn đã chuyển thành chất lỏng, nhiệt độ của chất lỏng mới bắt đầu tăng lên nếu tiếp tục được cấp nhiệt.
Mỗi chất tinh khiết có một nhiệt độ nóng chảy đặc trưng. Ví dụ, băng nóng chảy ở 0 °C, sắt nóng chảy ở khoảng 1538 °C, còn vàng nóng chảy ở 1064 °C. Các chất vô định hình như thủy tinh hay nhựa không có nhiệt độ nóng chảy xác định; chúng mềm dần ra trong một khoảng nhiệt độ rộng trước khi chuyển hoàn toàn sang trạng thái lỏng.
Quá trình nóng chảy có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và công nghiệp. Trong luyện kim, kim loại được nung chảy để đúc thành các hình dạng khác nhau hoặc để tạo hợp kim. Trong ngành thực phẩm, việc làm tan chảy bơ, sô cô la là một ví dụ quen thuộc. Thậm chí, việc tan chảy của băng và tuyết vào mùa xuân cũng là một hiện tượng nóng chảy tự nhiên, đóng vai trò quan trọng trong chu trình nước trên Trái Đất.