Buharlı motor ısıyı işe dönüştürür. Pil kimyasal enerjiyi elektriğe dönüştürür. Buzdolabı ısıyı soğuktan sıcağa taşır. Termodinamik bu dönüşümleri inceler. Enerji, ısı, iş ve entropiyle ilgilenen fizik ve kimya dalıdır. Moleküllerin ayrıntılarıyla ilgilenmez. Büyük resimle ilgilenir: hangi enerjinin mevcut olduğu, bir sürecin hangi yöne gideceği ve ne kadar verimli olabileceği.

Bu alanı dört yasa çerçeveler. Sıfırıncı yasa sıcaklığı ve termal dengeyi tanımlar. Birinci yasa enerjinin korunduğunu belirtir; enerji şekil değiştirebilir ancak yaratılamaz veya yok edilemez. İkinci yasa, izole bir sistemin toplam entropisinin her zaman arttığını belirtir; ısı kendiliğinden sıcaktan soğuğa akar. Üçüncü yasa, mutlak sıfırda mükemmel bir kristalin entropisinin sıfır olduğunu belirtir. Bu yasalar deneyseldir. Hiçbir zaman ihlal edilmemişlerdir.

Termodinamiğin birçok uygulama alanı vardır. Motorların, enerji santrallerinin ve soğutma sistemlerinin tasarımında kullanılır. Kimyasal bir reaksiyonun gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini ve ne kadar ısı açığa çıkaracağını veya emeceğini tahmin eder. Bazı süreçlerin neden kendiliğinden gerçekleştiğini, diğerlerinin ise gerçekleşmediğini açıklar. Kimya, fizik, mühendislik ve biyolojide temel bir bilim dalıdır.

Bu alan 19. yüzyılda Sadi Carnot, James Prescott Joule, Rudolf Clausius ve William Thomson tarafından geliştirildi. Buhar motorlarını anlamaya çalışıyorlardı. Sonuç olarak, kara deliklerden canlı hücrelere kadar her şeye uygulanabilen bir çerçeve elde ettiler.