Nhiệt Joule được gây ra bởi tương tác giữa các phần tử mang điện (thường là điện tử) với các đơn vị cấu tạo khác của vật dẫn (thường là nguyên tử và ion).

Khi có dòng điện chạy qua vật dẫn lập tức có một điện thế khác nhau giữa hai điểm của vật dẫn tạo ra một điện trường. Điện trường này tác dụng lực điện lên các điện tử (thường thoát khỏi nguyêntử và chuyển động tự do trong kim loại) và tăng tốc chúng theo hướng của điện trường, cho chúng động năng. Khi các điện tử va chạm với ion hoặc nguyên tử trong vật dẫn, các hạt này bị tán xạ; hướng chuyển động của chúng trở nên ngẫu nhiên chứ không theo hướng của điện trường nữa, điều đó tạo nên chuyển động nhiệt. Do đó, năng lượng điện trường được chuyển thành năng lượng nhiệt.[5]