Dự trữ nhiệt năng thông qua chuyển pha có thể được thực hiện khi chuyển trạng thái rắn-rắn, rắn-lỏng (hiện tượng nóng chảy), rắn-khí (hiện tượng thăng hoa), khí-lỏng (hiện tượng bay hơi). Tuy nhiên chuyển pha khí-lỏng hay rắn-khí gây ra thay đổi thể tích lớn, còn chuyển pha rắn-rắn dự trữ ít nhiệt; dẫn đến chuyển pha rắn-lỏng được sử dụng nhiều trong các ứng dụng ổn nhiệt.

Trong hiện tượng nóng chảy, khi nhiệt độ của vật liệu nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy, nó ở trạng thái rắn. Cung cấp nhiệt cho vật liệu, nhiệt độ cửa nó tăng lên cho tới khi nó bắt đầu nóng chảy. Nhiệt độ của vật liệu giữ nguyên ở nhiệt độ nóng chảy, dù có cấp thêm nhiệt lượng, chừng nào vật liệu chưa tan chảy hết. Đây chính là tính chất giúp ổn nhiệt của vật liệu. Khi vật liệu tan chảy hết, nhiệt độ nó lại tiếp tục tăng khi cấp nhiệt lượng.

Ngược lại, khi nhiệt độ trong môi trường xung quanh giảm thấp; vật liệu tỏa nhiệt ra môi trường và bắt đầu đông cứng. Nhiệt độ của vật liệu sẽ giữ nguyên ở nhiệt độ nóng chảy, chừng nào nó chưa đông cứng hết.

Có một dải rộng các vật liệu chuyển pha có nhiệt độ nóng chảy trong khoảng từ -5 tới 190 oC [1], phục vụ cho các ứng dụng ổn nhiệt khác nhau. Với ứng dụng điều hòa nhiệt độ phù hợp cho sinh hoạt của con người, tầm 20° to 30 °C, một số vật liệu đã được phát triển, chứa từ 5 đến 14 nhiệt lượng trên mỗi đơn vị thể tích hơn các vật liệu thông thường như nước, đá.