热力学主要研究热量与机械功之间的相互转化。
直到最近，物理学家才意识到热量是一种能量形式，可以与其他形式的能量相互转化。 在此之前，科学家们一直认为热量是一种恒定量的流体，并将传热过程归因于这种流体从一个物体到另一个物体的传递。 基于这种热流体理论，卡诺于1824年清楚地认识到热能转换的局限性，这成为热力学第二定律的核心思想。
十八年后的1842年，迈耶发现了热与机械功的等价性，并首次提出了能量守恒定律，这就是热力学第一定律。
今天我们知道，证明这种等价性需要利用动力学知识，通过原子和分子的无序运动来解释宏观热力学现象。 从这个角度来看，热研究必须被视为力学的一个特殊分支：这种力学的独特之处在于，系综中包含的粒子数量如此之多，以致于（它们的）状态和运动）没有必要进行详细描述，只有大量粒子的统计平均值才值得研究。 这个力学分支称为统计力学。 麦克斯韦、玻尔兹曼和吉布斯等科学家在这门学科的发展中发挥了重要作用，他们的工作也让人们更好地理解热力学基本定律的本质。
然而谁第一个提出能量守恒定律，纯热力学的研究方法与统计力学完全不同。 它将这些基本的热力学定律视为经过实验验证的基本假设谁第一个提出能量守恒定律，并从这些假设中得出结论，而不引入动力学机制。 与统计力学相比，这种方法的优点在于它在很大程度上不依赖于用于简化问题的某些假设。 因此，热力学结果通常具有很高的准确性。 该方法的不足之处在于，它只能获得结果，而不能了解具体的形成机制。 因此，很多情况下，如果能顺便给出微观动力学解释，热力学结果就会变得更加完美。
热力学第一定律和第二定律都在经典力学中找到了统计解释。 近年来，能斯特提出了热力学第三定律。 该定律的统计解释需要使用量子力学。 本书的最后一章介绍了该定律及其相关应用。
