En dampmaskin omdanner varme til arbeid. Et batteri omdanner kjemisk energi til elektrisitet. Et kjøleskap flytter varme fra kaldt til varmt. Termodynamikk studerer disse transformasjonene. Det er den grenen av fysikk og kjemi som omhandler energi, varme, arbeid og entropi. Den bryr seg ikke om detaljene i molekyler. Den bryr seg om det store bildet: hvilken energi som er tilgjengelig, hvilken retning en prosess vil gå, og hvor effektiv den kan være.

Fire lover rammer inn feltet. Den nullte loven definerer temperatur og termisk likevekt. Den første loven sier at energi er bevaret; den kan endre form, men ikke skapes eller ødelegges. Den andre loven sier at den totale entropien til et isolert system alltid øker; varme flyter spontant fra varmt til kaldt. Den tredje loven sier at entropien til en perfekt krystall ved absolutt nullpunkt er null. Disse lovene er empiriske. De har aldri blitt brutt.

Termodynamikk har mange bruksområder. Den designer motorer, kraftverk og kjølesystemer. Den forutsier om en kjemisk reaksjon vil oppstå og hvor mye varme den vil frigjøre eller absorbere. Den forklarer hvorfor noen prosesser er spontane og andre ikke. Den er essensiell innen kjemi, fysikk, ingeniørfag og biologi.

Feltet ble utviklet på 1800-tallet av Sadi Carnot, James Prescott Joule, Rudolf Clausius og William Thomson. De prøvde å forstå dampmaskiner. De endte opp med et rammeverk som gjelder alt fra sorte hull til levende celler.