期发展起来的理论，主要是研究功与热量之间的能量转换；在此功定义为力与位移的内积；而热则定义为在热力系统边界中，由温度之差所造成的能量传递。两者都不是存在于热力系统内的性质，而是在热力过程中所产生的。热力学的研究一开始是为了提昇蒸汽引擎的效率，早期尼古拉·卡诺有许多的贡献，他认为若引擎效率提昇，法国有可能赢得拿破崙战争。出生于爱尔兰的英国科学家开尔文在1854年首次提出了热力学明确的定义：一开始热力学研究关注在热机中工质（如蒸气）的热力学性质，后来延伸到化学过程中的能量转移，例如在1840年科学家杰迈