生理的熱量
17世紀後半から、生物の呼気と吸気の組成の変化が、物体を燃焼させた前後の空気組成の変化に似ているという観察結果から、呼吸と燃焼の関係が論じられるようになった。ただしこの時代は空気の成分について現代的な理解とは異なっていたため、呼吸について、メイヨー(1674)はフック(1665)の「硝石の空気」が消費されると考え、プリーストリー(1775)はフロギストンの放出であると考えた。ラヴォアジエ(1777)はこれを酸素の消費と二酸化炭素の排出であるとし、さらに運動強度に比例して酸素消費量が増えることなどから、生物による酸素消費は燃焼による酸素消費と同等であるとみなされるようになった。このことより、燃焼の量の指標である熱量が体内における「燃焼」(代謝)にも当てはめられるという考えが生まれ、生理的熱量の概念が確立した。
体内で「燃焼」が起こっている妥当性は、人間の生命に体温の維持が必要であると認識されていたし、熱を運動に変換できることは蒸気機関からの類推で知られていた。後にエネルギー保存の法則が確立され、解糖系など生体内におけるエネルギー変換の分子的機序が明らかになって、生体が利用できるエネルギー、すなわち生理的熱量の考えは、現代では確固たる物として認められている。
また、糖や脂肪といった別々の栄養素はそれぞれ異なる栄養を与えると考えられていたが、同じ熱量の糖や脂肪は熱量上等価で交換可能であり、生理的熱量は独立の栄養概念であると考えられている(ルブネルのエネルギー等値の法則)。また生理的熱量を与える栄養素を熱量素と呼ぶ。
栄養学では生理的熱量は単に熱量と呼ばれることが多かったが、一般にはその単位であるカロリーが生理的熱量をあらわす名詞として通用している。食品表示での熱量単位をカロリーからジュールに置き換えることもあり、生理的熱量のほか、生理的エネルギー値、生理的エネルギー量、代謝熱量、代謝エネルギー量などの言葉で置き換えようとする動きはあるものの、成果はほとんど上がっておらず、厚生労働省や農林水産省の広報でもカロリーという言葉が使われていることは珍しくない。また、伝統的に熱量という言葉を用いているものの、エネルギーの様態として熱を介さない代謝も多いことから、より一般的なエネルギーという言葉を用いたほうがいいという見方もある。
生理的熱量を与える熱量素は栄養学の中でも初期に発見され、かつ重要視されており、熱量素となる炭水化物、脂肪、タンパク質は三大栄養素と呼ばれている。
ハーバード大学医学部は、2020年10月に生理的熱量におけるカロリー計算をやめるべきだと主張した。注意深いカロリー計算でも、必ずしも均一な結果が得られるとは限らない。体がどのようにカロリーを燃焼するかは、あなたが食べる食物の種類、体の代謝、そして腸に住む生物の種類を含む多くの要因に依存する。 代わりに、未加工の食品と健康的なライフスタイルの実践に焦点を当てるべきであると発表した。
一方で、消化吸収されたものの消費されなかった熱量素は、主に脂肪組織に蓄積され、肥満や成人病を招く。このため、現代では熱量素の摂取を制限したり、運動によって熱量の消費を増やすことで体脂肪率を一定に保つのがよい(痩身)と考えられている。またこれは美容とも大きく関わるため、生理的熱量の摂取・消費は多くの国で国民的関心事となっている。なお、一日のエネルギー必要量(消費量)は、身体活動レベルに応じて基礎代謝量の1.5〜2倍程度となる。詳細は栄養#栄養学の観点からを参照のこと。