熱質說在解釋量熱實驗方麵取得了成功，18世紀大多數物理學家都相信這一學說。然而這種學說畢竟是似是而非的。它也許可以成功地解釋熱傳導和量熱實驗，但隻要聯係到更多的現象，認真地加以思考，就會發現漏洞，甚至遇到無法解決的矛盾。
首先，關於熱質是否具有重量的問題，引起了人們的懷疑。
美國人湯普森（也叫倫福德，1753～1814）對熱的本質作過周密的考查。他為了駁斥熱質說，在1799年公布了他做過的一個實驗，這個實驗的目的是測量“熱質的重量”，看看一定重量的物質在溫度變化前後重量有何變化。他用三個完全一樣的瓶子分別裝有等量的水、酒精和水銀，放在一間恒溫（16℃）的大房間內，擱置24小時後，用當時歐洲最精密的天平（靈敏度達百萬分之一）來稱重量。為了保證三個瓶子重量嚴格相等，他在較輕的瓶頸上掛一小段極細的銀絲。然後將三個瓶子都移到0℃的房子裏，保持完全靜止不受擾動，48小時後再稱其重量，結果是重量絲毫也沒有變化，這時水已結成了冰。再將瓶子移回溫室，即使冰又化成了水，重量仍無變化。倫福德宣稱，他證明了熱對物體的重量沒有任何影響。
當然，倫福德僅僅靠熱與重量無關的實驗還不足以否定熱質的存在，因為熱質說者還可以假設熱質不具重量就可以解釋這個事實。倫福德接著又敘述了一個實驗，無可辯駁地證明熱質說的荒謬。
1797年，倫福德在德國一家兵工廠監製大炮鏜孔，他注意到銅炮被鑽削時會產生大量的熱，切下的銅屑更熱，用水冷卻，竟可使水立即沸騰。
這個現象其實不希罕，摩擦生熱自古盡人皆知。熱質說者對這個現象也作了自圓其說的解釋。他們解釋說，這是因為物體在摩擦時，熱質被拉曳，金屬屑在從金屬塊中切削下來時帶去了大量熱質，因此顯得特別熱。倫福德愛好思索、喜歡鑽研，他從年輕時代起就對熱學中的疑難問題十分關心。他親自做過許多熱學實驗，早就對熱質這一套說法產生了懷疑，為了要從根本上作出判斷，他就做了如下幾個實驗。
倫福德先比較金屬屑和金屬片的比熱，從量熱實驗判定：
它們的比熱是一樣的，於是就駁斥了熱質說的金屬屑比熱大的論點。
接著，倫福德做了一個專門設計的大炮鑽孔實驗。他取一隻重約113磅（約51千克）的圓筒鑄件，放在鑽孔機上，故意拿已經磨鈍了的鑽頭鑽孔，經過30分鍾，鑄件溫度從16℃升到55℃。他在炮孔裏共收集到切削下來的金屬屑約54克，隻占圓筒的1/944。倫福德問道：難道炮筒升溫39℃所需的熱質是金屬屑提供的嗎？如果是這樣，那麼金屬屑要降溫3萬7千度才能達到上述情況。
倫福德又做了一個水箱實驗。他把圓筒放在一隻水箱中，水重18.77磅（即8.5千克），讓馬帶動鈍鑽頭在圓筒中旋轉，經過2個半小時竟使水沸騰了。周圍的觀眾人人都驚訝起來。這麼多的水不用火燒，居然能沸騰，真是個奇跡。倫福德自己也簡直無法抑製自己的喜悅心情。倫福德想：這些熱量從哪裏來的？從金屬切削的微粒裏來的嗎？事實證明不可能。從空氣裏來的嗎？也不可能！因為實驗是在水箱中做的，和空氣隔離。從水裏來的嗎？更不對！水本身也熱了，而且也沒有發生任何化學變化。既不是空氣，又不是水，隻要繼續摩擦，所生的熱會源源不斷地產生，永無止境。那就證明，熱的來源不是別的，而是運動。
倫福德的報告在1798年發表，立即得到英國化學家戴維（1778～1829）的響應。戴維也對熱質說持懷疑態度。他在1799年發表了自己的摩擦生熱的實驗，並且致力於宣傳熱的運動說。
戴維所描述的實驗考慮得非常周到。其中有一個是把兩塊溫度為-2℃的冰，固定在由時鍾改裝的機構上，使兩塊冰不停地互相摩擦。整個裝置放在大玻璃罩內再抽成真空。經過幾分鍾的劇烈摩擦，冰幾乎全化成了水，溫度達到2℃。戴維根據這一類的實驗論證說：熱質是不存在的，摩擦和碰撞引起了物體內部微粒的特殊運動或振動，這種運動或振動就是熱的本質。
倫福德和戴維的實驗為熱的運動說提供了有力的支持，成了建立能量轉化與守恒定律的前奏。