En dampmaskine omdanner varme til arbejde. Et batteri omdanner kemisk energi til elektricitet. Et køleskab flytter varme fra kold til varm. Termodynamik studerer disse transformationer. Det er den gren af ​​fysik og kemi, der beskæftiger sig med energi, varme, arbejde og entropi. Den er ligeglad med detaljerne i molekyler. Den er interesseret i det store billede: hvilken energi der er tilgængelig, hvilken retning en proces vil gå, og hvor effektiv den kan være.

Fire love indrammer feltet. Den nulte lov definerer temperatur og termisk ligevægt. Den første lov siger, at energi er bevaret; den kan ændre form, men ikke skabes eller ødelægges. Den anden lov siger, at den samlede entropi i et isoleret system altid stiger; varme flyder spontant fra varmt til koldt. Den tredje lov siger, at entropien i en perfekt krystal ved det absolutte nulpunkt er nul. Disse love er empiriske. De er aldrig blevet overtrådt.

Termodynamik har mange anvendelser. Det designer motorer, kraftværker og kølesystemer. Det forudsiger, om en kemisk reaktion vil forekomme, og hvor meget varme den vil frigive eller absorbere. Det forklarer, hvorfor nogle processer er spontane, og andre ikke er. Det er essentielt inden for kemi, fysik, ingeniørvidenskab og biologi.

Feltet blev udviklet i det 19. århundrede af Sadi Carnot, James Prescott Joule, Rudolf Clausius og William Thomson. De forsøgte at forstå dampmaskiner. De endte med en ramme, der gælder for alt fra sorte huller til levende celler.