熱力學主要研究熱量與機械功之間的相互轉化。
直到最近，物理學家才意識到熱量是一種能量形式，可以與其他形式的能量相互轉化。 在此之前，科學家們一直認為熱量是一種恒定量的流體，并將傳熱過程歸因于這種流體從一個物體到另一個物體的傳遞。 基于這種熱流體理論，卡諾于1824年清楚地認識到熱能轉換的局限性，這成為熱力學第二定律的核心思想。
十八年后的1842年，邁耶發現了熱與機械功的等價性，并首次提出了能量守恒定律，這就是熱力學第一定律。
今天我們知道，證明這種等價性需要利用動力學知識，通過原子和分子的無序運動來解釋宏觀熱力學現象。 從這個角度來看，熱研究必須被視為力學的一個特殊分支：這種力學的獨特之處在于，系綜中包含的粒子數量如此之多，以致于（它們的）狀態和運動）沒有必要進行詳細描述，只有大量粒子的統計平均值才值得研究。 這個力學分支稱為統計力學。 麥克斯韋、玻爾茲曼和吉布斯等科學家在這門學科的發展中發揮了重要作用，他們的工作也讓人們更好地理解熱力學基本定律的本質。
然而誰第一個提出能量守恒定律，純熱力學的研究方法與統計力學完全不同。 它將這些基本的熱力學定律視為經過實驗驗證的基本假設誰第一個提出能量守恒定律，并從這些假設中得出結論，而不引入動力學機制。 與統計力學相比，這種方法的優點在于它在很大程度上不依賴于用于簡化問題的某些假設。 因此，熱力學結果通常具有很高的準確性。 該方法的不足之處在于，它只能獲得結果，而不能了解具體的形成機制。 因此，很多情況下，如果能順便給出微觀動力學解釋，熱力學結果就會變得更加完美。
熱力學第一定律和第二定律都在經典力學中找到了統計解釋。 近年來，能斯特提出了熱力學第三定律。 該定律的統計解釋需要使用量子力學。 本書的最后一章介紹了該定律及其相關應用。
