熱力學是物理學的一個分支，研究熱、功和溫度，以及它們與能量、熵以及物質和輻射的物理性質的關系。 這些量的行為受熱力學四定律支配，這些定律使用可測量的宏觀物理量進行定量描述，但可以用統計力學的微觀成分來解釋。 熱力學適用于科學和工程領域的廣泛主題，尤其是物理化學、生物化學、化學工程和機械工程，但也適用于氣象學等其他復雜領域。

從歷史上看，熱力學的發展源于提高早期蒸汽機效率的愿望，尤其是通過法國物理學家薩迪·卡諾（Sadi Carnot，1824 年）的工作，他認為發動機效率是幫助法國贏得拿破侖xxx的關鍵。 蘇格蘭-愛爾蘭物理學家開爾文勛爵于 1854 年率先對熱力學做出簡明定義，該定義指出，熱力學是研究熱與作用在物體相鄰部分之間的力之間的關系，以及熱與電機構之間關系的主題。 魯道夫·克勞修斯 (Rudolf Clausius) 重申了卡諾的原理，即卡諾循環，并為熱理論提供了更真實、更可靠的基礎。 他最重要的論文《論熱的移動力》于 1850 年發表，首先闡述了熱力學第二定律。 1865年他引入了熵的概念。 1870 年，他提出了適用于熱的維里定理。

熱力學最初在機械熱機上的應用很快擴展到對化合物和化學反應的研究。 化學熱力學研究熵在化學反應過程中的作用的本質，并提供了該領域的大量擴展和知識。 出現了其他熱力學公式。 統計熱力學或統計力學關注從粒子的微觀行為對粒子集體運動的統計預測。 1909 年，康斯坦丁·卡拉西奧多里 (Constantin Carathéodory) 提出了一種公理化的純數學方法，這種描述通常被稱為幾何熱力學。

任何熱力學系統的描述都采用構成公理基礎的熱力學四定律。 xxx定律規定，能量可以在物理系統之間以熱、功和物質傳遞的形式傳遞。 第二定律定義了稱為熵的量的存在，它在熱力學上描述了系統可以演化的方向并量化了系統的有序狀態，并且可以用來量化可以從系統中提取的有用功 .

在熱力學中，對大型物體集合之間的相互作用進行了研究和分類。 其核心是熱力學系統及其周圍環境的概念。 一個系統由粒子組成，粒子的平均運動定義了它的屬性，而這些屬性又通過狀態方程相互關聯。 可以組合屬性來表示內部能量和熱力學勢，這對于確定平衡和自發過程的條件很有用。