十八世纪，英国物理学家、化学家约瑟夫·布莱克在定量研究物质相变的过程中，发现质量相同的不同物质，上升到相同温度所需的热量不同。布莱克由此提出了比热容的理论。比热容是指单位质量物体改变单位温度时吸收或放出的热量。在之后的发展中，物理学家为了更方便研究物质热容与温度的关系时，提出了摩尔热容的概念。摩尔热容是指单位物质的量的物体改变单位温度时吸收或放出的热量。
科学家们研究发现，在室温附近，晶体材料的摩尔比热容基本不随温度以及晶体材料的种类变化。法国化学家皮埃尔·路易·杜隆和阿列克西·泰雷兹·珀替在总结了各类实验数据后，于1868年提出了描述结晶态固体由于晶格振动而具有的比热容的规律，杜隆-珀替定律。
在研究黑体辐射的过程中，瑞利和金斯根据经典统计理论，研究密封空腔中的电磁场，提出了瑞利-金斯公式。瑞利-金斯公式在长波范围内与黑体辐射的实验曲线非常吻合，但是在短波范围内却单调上升，与实验严重不符，这也被称为“紫外灾难”。德国物理学家威廉·维恩于1893年通过对黑体辐射实验数据的经验总结，提出了维恩位移公式，但是维恩公式在长波范围却与实验结果不相符合。
1900年，在世纪之交，德国物理学家马克斯·普朗克在研究黑体辐射问题时，根据黑体辐射的实验数据，推导得到了符合实验现象的理论公式，并革新性地提出了能量量子化这一假设。普朗克认为：黑体中由大量谐振子构成，谐振子会自发发出热辐射。
1907年，受到普朗克提出的能量量子化假设启发后，爱因斯坦发展了普朗克的量子假说以解释晶态固体在低温下比热容降低的实验现象，并提出了量子热容量理论。在爱因斯坦提出的热容模型中，爱因斯坦仍然沿用了经典热力学理论中晶态固体中的原子做简谐振动的假设。但是与经典热理论模型相比，爱因斯坦热容模型舍弃了经典热力学理论的能量均分定理，转而采用了能量量子化假设。