蒸汽机将热能转化为功。电池将化学能转化为电能。冰箱将热量从低温传递到高温。热力学研究这些转化过程。它是物理学和化学的一个分支，研究能量、热量、功和熵。它不关注分子的细节，而是关注整体：能量的可用性、过程的方向以及效率。

有四条定律构成了该领域的框架。第零定律定义了温度和热平衡。第一定律指出能量守恒；能量可以转换形式，但不能被创造或消灭。第二定律指出孤立系统的总熵总是增加的；热量自发地从高温物体流向低温物体。第三定律指出完美晶体在绝对零度下的熵为零。这些定律是经验性的，从未被违背过。

热力学有着广泛的应用。它用于设计发动机、发电厂和制冷系统。它能够预测化学反应是否会发生以及会释放或吸收多少热量。它解释了为什么有些过程是自发的，而有些过程则不是。热力学在化学、物理、工程和生物学等领域都至关重要。

这个领域由萨迪·卡诺、詹姆斯·普雷斯科特·焦耳、鲁道夫·克劳修斯和威廉·汤姆逊在19世纪发展起来。他们最初是为了理解蒸汽机，最终却建立了一个适用于从黑洞到活细胞等一切事物的理论框架。