En ångmaskin omvandlar värme till arbete. Ett batteri omvandlar kemisk energi till elektricitet. Ett kylskåp flyttar värme från kallt till varmt. Termodynamik studerar dessa omvandlingar. Det är den gren av fysik och kemi som behandlar energi, värme, arbete och entropi. Den bryr sig inte om detaljerna i molekyler. Den bryr sig om helhetsbilden: vilken energi som finns tillgänglig, vilken riktning en process kommer att gå och hur effektiv den kan vara.

Fyra lagar ramar in fältet. Den nollte lagen definierar temperatur och termisk jämvikt. Den första lagen säger att energi bevaras; den kan ändra form men inte skapas eller förstöras. Den andra lagen säger att den totala entropin för ett isolerat system alltid ökar; värme flyter spontant från varmt till kallt. Den tredje lagen säger att entropin för en perfekt kristall vid absoluta nollpunkten är noll. Dessa lagar är empiriska. De har aldrig brutits mot.

Termodynamik har många tillämpningar. Den konstruerar motorer, kraftverk och kylsystem. Den förutsäger om en kemisk reaktion kommer att inträffa och hur mycket värme den kommer att frigöra eller absorbera. Den förklarar varför vissa processer är spontana och andra inte. Den är viktig inom kemi, fysik, teknik och biologi.

Fältet utvecklades på 1800-talet av Sadi Carnot, James Prescott Joule, Rudolf Clausius och William Thomson. De försökte förstå ångmaskiner. De kom fram till ett ramverk som gäller allt från svarta hål till levande celler.