在热力学里，通常透过描述物理系统平均性质的宏观变量，像温度、内能、熵、压强等等来解释自然现象。热力学研究这些宏观变量彼此之间的关系（如麦克斯韦关系式）、以及它们的改变对于物理系统的影响。学习热力学的起跑点是热力学定律。热力学不研究物质的微观性质，这属于统计力学领域。从统计力学的理论可以推导出热力学定律。统计力学应用机率论来研究由大量粒子组成的系统的物理行为。统计力学将单独原子或分子的微观性质桥接至大块物质的宏观性质，对于这些宏观性质给出微观层级的诠释。在大尺度的实验中可以测量到这些宏观性质，Section