A gőzgép a hőt munkává alakítja. Az akkumulátor a kémiai energiát elektromos árammá alakítja. A hűtőszekrény a hőt hidegből melegbe mozgatja. A termodinamika ezeket az átalakulásokat vizsgálja. Ez a fizika és kémia ága, amely az energiával, a hővel, a munkával és az entrópiával foglalkozik. Nem törődik a molekulák részleteivel. A nagy kép érdekli: milyen energia áll rendelkezésre, milyen irányba halad egy folyamat, és mennyire lehet hatékony.

Négy törvény keretezi a mezőt. A nulladik törvény a hőmérsékletet és a termikus egyensúlyt határozza meg. Az első törvény kimondja, hogy az energia megmarad; változtathatja az alakját, de nem keletkezhet vagy semmisülhet meg. A második törvény kimondja, hogy egy izolált rendszer teljes entrópiája mindig növekszik; a hő spontán módon áramlik a melegtől a hideg felé. A harmadik törvény kimondja, hogy egy tökéletes kristály entrópiája abszolút nulla fokon nulla. Ezek a törvények empirikusak. Soha nem sértették meg őket.

A termodinamika számos alkalmazási területtel rendelkezik. Motorokat, erőműveket és hűtőrendszereket tervez. Megjósolja, hogy egy kémiai reakció végbemegy-e, és mennyi hőt fog felszabadítani vagy elnyelni. Megmagyarázza, hogy egyes folyamatok miért mennek végbe spontán módon, mások pedig miért nem. Alapvető fontosságú a kémiában, a fizikában, a mérnöki tudományokban és a biológiában.

A területet a 19. században Sadi Carnot, James Prescott Joule, Rudolf Clausius és William Thomson fejlesztette ki. Megpróbálták megérteni a gőzgépeket. Végül egy olyan keretrendszerhez jutottak, amely a fekete lyukaktól az élő sejtekig mindenre alkalmazható.