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栄養学においては、カロリーは生理的熱量（栄養学における熱量、エネルギー）を表す単位として用いられています。
摂取する食物から得られる栄養学的熱量と、運動や基礎代謝によって消費される熱量について適用され、生物が生理的に代謝したエネルギー1カロリーは空気中での酸化反応（燃焼）によって発生した熱量1カロリーと等しいと定義されています。
栄養学ではcalorieの1000倍のキロcalorie(kcal)がよく使われる。かつてはこれを"Cal"（一文字目が大文字）と書いて「大カロリー」と呼んでいた。それに対して"cal"は「小カロリー」と呼びます。ただし、"Cal"と"cal"はまぎわらしいので、今日では"kcal"（キロカロリー）と表記するのが一般的です。但し、日常会話ではキロを除いて、単にcalorieと呼ぶことが多くあります。
この用途でのcalorieは、日本を含む多くの国で生理的熱量を表す標準単位として広く用いられ、計量法改正でも「用途を限定する非SI単位」と定義され、SI単位への移行からは除外されているが、今後は政策的にSI単位であるジュール（1
cal≒4.186 J）に置き換えられていく予定となっているようです。
海外（アメリカを除く）の食品では、ジュール表記を併記したものもあります。この用法から転じて、「カロリー」は食品の持つ栄養価としての生理的熱量そのものを指す言葉ともなっています。例「こんにゃくはcalorieが低い」「ファストフードはcalorieが高いから太りやすい」など。
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