Termodinamika yra mokslo sritis, apimanti šilumos ir kitų energijos rūšių ryšį. Termodinamika buvo atrasta ir tyrinėta nuo 1800 m. Tuo metu jis buvo susijęs su garo varikliais ir įgijo svarbą.
Termodinamiką galima suskirstyti į keturis dėsnius. Nors prie termodinamikos dėsnių pridedamas po kitų trijų dėsnių, nulinis dėsnis dažniausiai aptariamas pirmiausia. Jame teigiama, kad jei dvi sistemos yra šiluminėje pusiausvyroje su trečiąja sistema, tada jos yra šiluminėje pusiausvyroje viena su kita. Kitaip tariant, jei dviejų sistemų temperatūra yra tokia pati kaip trečios sistemos, tada visos trys yra tokios pačios temperatūros.
Pirmasis termodinamikos dėsnis teigia, kad bendra sistemos energija išlieka pastovi, net jei ji paverčiama iš vienos formos į kitą. Pavyzdžiui, kinetinė energija – energija, kurią objektas turi judėdamas – paverčiama šilumos energija, kai vairuotojas paspaudžia automobilio stabdžius, kad jį sulėtintų. Dažnai yra frazių, padedančių žmonėms prisiminti pirmąjį termodinamikos dėsnį: „Darbas yra šiluma, o šiluma yra darbas“. Iš esmės darbas ir šiluma yra lygiaverčiai.
Antrasis termodinamikos dėsnis yra vienas iš pagrindinių mokslo dėsnių. Jame teigiama, kad šiluma negali tekėti į aukštesnės temperatūros sistemą iš žemesnės temperatūros sistemos savo noru. Kad toks veiksmas įvyktų, reikia dirbti. Jei ledo kubelis dedamas į puodelį šilto vandens, ledo kubelis ištirpsta, kai į jį patenka vandens šiluma. Galutinis rezultatas yra puodelis vandens, kuris yra šiek tiek vėsesnis. Ledo kubeliai gali susidaryti tik naudojant energiją.
Kitas antrojo dėsnio, veikiančio tik su papildoma energija, pavyzdys yra senesnis šaldytuvas. Tokiu atveju šaldytuvo vidaus vėsinimas sušildo jo išorę. Taigi, darbas atliktas ir darbas šildo. Darbus užbaigia šaldytuvo siurblys.
Antrasis termodinamikos dėsnis taip pat sako, kad daiktai gali susidėvėti. Pavyzdžiui, jei mūrinis namas paliekamas neprižiūrimas, jis ilgainiui subyrės nuo vėjo, lietaus, šalčio ir kitų oro sąlygų. Tačiau jei plytų krūva paliekama be priežiūros, ji niekada nesudarys namo, nebent į mišinį bus pridėta darbo.
Trečiasis termodinamikos dėsnis teigia, kad sistemos entropijos pokytis, kai ji virsta iš vienos formos į kitą, artėja prie nulio, kai jos temperatūra artėja prie nulio pagal Kelvino skalę. Nulis pagal Kelvino skalę yra absoliuti apatinė temperatūros riba – kai atomai ir molekulės turi mažiausią įmanomą energiją. Entropija apibrėžiama kaip sistemos energijos prieinamumas darbui. Taigi, iš to išplaukia, kad yra absoliuti entropijos skalė. Todėl jokia reali sistema niekada negali pasiekti nulio laipsnių pagal Kelvino skalę.