Il limite inferiore della temperatura è lo zero assoluto, ovvero -273,15 gradi Celsius o 0 Kelvin. Questo è il punto in cui tutto il movimento termico cessa e le particelle hanno l'energia più bassa possibile. Lo zero assoluto è irraggiungibile in pratica poiché qualsiasi sistema reale avrà una certa energia termica anche a temperature molto basse. Tuttavia, negli esperimenti sono state raggiunte temperature molto vicine allo zero assoluto, come nei condensati di Bose-Einstein e nei gas quantistici degeneri.
Il limite superiore della temperatura è la temperatura di Planck che è circa 1,41679 x 10^32 Kelvin. È la temperatura alla quale la forza gravitazionale tra le particelle diventa così forte da sopraffare tutte le altre forze, portando a una singolarità in cui le leggi della fisica come le conosciamo vengono meno. Questa temperatura è associata al Big Bang, l'evento che si ritiene abbia creato l'universo. Si pensa che nei suoi primi istanti l'universo si trovasse alla temperatura di Planck o in prossimità di essa, e da allora ha continuato a raffreddarsi.
