אנרגיה פנימית, בתרמודינמיקה - שיעור האנרגיה של מערכת תרמודינמית. (נהוג לסמנו באות U).
האנרגיה הפנימית היא סכום של אנרגיות הקינטיות של חלקיקים הנעים במערכת והאנרגיה האצורה באינטראקציות שבין החלקיקים כמו, אינטראקציה חשמלית, קשרים כימיים וכד'. האנרגיה הפנימית אינה כוללת את אנרגיה קינטית או פוטנציאלית של הגוף כולו.
יש לציין כי בתרמודינמיקה, קיימת הבחנה בין אנרגיה פנימית, ואנרגיה חופשית הניתנת למימוש, כמו, האנרגיה החופשית של הלמהולץ.