熱學是熱力學、統計力學和氣體動力學理論的綜合研究。 這個總括主題通常是為物理專業的學生設計的，其功能是對三個與熱相關的核心主題中的每一個主題進行一般介紹。 然而，其他作者將熱物理學寬泛地定義為僅熱力學和統計力學的總和。熱學可以看作是對具有大量原子的系統的研究，它將熱力學與統計力學結合起來。

熱學，一般來說，是從能量的角度研究物理系統的統計性質。 熱物理學從熱和溫度的基礎出發，從統計的角度分析熱力學第一定律和熱力學第二定律，根據給定宏觀狀態對應的微觀狀態的數量。 此外，熵的概念是通過量子理論研究的。

熱物理學的一個中心主題是正則概率分布。 研究了光子和聲子的電磁性質，表明電磁場和晶格的振蕩有很多共同點。 波構成了兩者的基礎，前提是其中一個結合了量子理論。

熱物理學研究的其他主題包括：化學勢、理想氣體的量子性質，即費米子和玻色子、玻色-愛因斯坦凝聚、吉布斯自由能、亥姆霍茲自由能、化學平衡、相平衡、均分定理、 絕對零的熵，以及平均自由程、粘度和傳導的傳輸過程。