食物在体内经过消化吸收后，在代谢过程中有各种形式的能量转换，以便对外做功，对内维持各种生理机能及其相互协调。研究人体热能代谢的目的在于研究能量平衡。一旦失衡，即有碍机体的正常生活。食物摄取过多，能量的摄取量大于消耗量，剩余的能量以脂肪的形式储存于体内，人体转为肥胖，带来一系列生理功能改变，甚至发生疾病。反之，食物摄取不足，能量的摄取量小于消耗量，人体逐渐消瘦，也会带来一系列不良后果。能量不仅是维持机体正常生活的基础，也影响其它营养素的正常代谢，因此，热能代谢是营养学中应首先考虑的问题。
在人体热能代谢研究中，传统应用的能量单位为大卡也称千卡（kcal）。把一升水加热，其温度从15℃上升到16℃所需要的能（热）量称为1kcal。根据国务院年3月3日公布的法令，热量以千焦耳（kJ）为单位。1kcal=4.kJ,1kJ=0.kcal。
食物的能量可用弹式热量计直接测得。这种热量计是一个能承受很大压力的钢壁容器，即所谓的“弹”，其中有一可以通电的金属样品皿，放入一定量样品并且充以氧气。此“弹”放于四周有定量水的圆筒内，水与外界隔热。测定时通以电流，因有氧，遇火花样品完全燃烧，释放热量。读出水的温度变化后即可计算此样品所放出的热量。此为精确的直接测定法，但设备与操作均很繁复，应用不便。通常应用是从食物成分表计算食物内糖类、脂肪与蛋白质的含量，然后再分别按其生理热价值计算能量的含量。
人体释放的能量测定有直接法和间接法，间接法又分为循环式和开放式两种。前者的热量计结构复杂，建造费昂贵，多只用于某些特殊的实验研究，一般很少应用。
间接测热法所根据的原理是人体进行物质代谢释放能量时须消耗一定量的氧；测定人体一定时间内的氧耗量即可计算热能消耗量。循环式间接测热法是一个闭合的气体流通循环装置；这一装置依靠活门控制气体定向流通，其中安装有贮存一定氧气量（或已知成分的混合气体）的贮存器，CO2吸收剂（苏打石灰）贮存器及水分吸收剂（浓硫酸或其它吸水剂）贮存器，使之形成一个循环通路。人体通过此装置进行一定时间的呼吸，即可测出其氧耗量。并计算出热能消耗量。这种循环装置的优点是通过一定时间的呼吸，即可得出消耗的氧量，毋须进行气体分析。因为是固定装置，测定时人体不便活动，医院应用于基础代谢率的测定。