Нет, обратное утверждение не всегда верно. Возможно увеличение внутренней энергии тела без изменения его температуры. Например, если в тело поглощается теплота от внешнего источника, то его внутренняя энергия увеличится, но при этом его температура может оставаться неизменной (например, при фазовых переходах).

Если мы возьмем для примера процесс плавления льда, то при плавлении льда внутренняя энергия его увеличивается, но при этом температура остается неизменной до тех пор, пока весь лед не расплавится.