ענף בפיזיקה הקלאסית שעניינו חקר האנרגיה במופעיה השונים ויכולת מימוש האנרגיה הזו בעבודה מכנית. המוטיבציה העיקרית בהתפתחותה של התרמודינמיקה היתה הנדסית, עקב הצורך בהבנת תהליכי חילוף החום במכונות.
התרמודינמיקה הצליחה להביא להפשטה והכללה של תהליכים ע"י הגדרת משתנים כמו "אנטרופיה" ו"חום", שהם גדלים בלתי ניצפים.
שיאה של התרמודינמיקה הוא בניסוח כמה חוקים המכונים על פי הסדר החוק הראשון, השני והשלישי של התרמודינמיקה. (יש עוד כמה). החוק הראשון הוא בעצם הרחבה של חוק שימור האנרגיה והכללתו למערכות חומניות. החוק השני קובע כי ה"אנטרופיה" (יש המכנים זאת רמת "אי הסדר") של מערכת יכולה רק לעלות ! והחוק השלישי עוסק בטמפרטורת האפס המוחלט והגדרת האנטרופיה שם.