熱力學系統的狀態的變化，總是通過外界對系統做功，或向系統傳遞熱量，或兩者兼施并用來完成的。熱力學系統在一定狀態下，應具有一定的能量，叫做熱力學系統的“內能”，內能的改變量只取決于初、末兩個狀態，而與所經歷的過程無關。內能是系統狀態的單值函數，從分子運動論的觀點來說，系統的內能就是系統中所有的分子熱運動的能量和分子與分子間相互作用的勢能的總和。“做功”所起的作用是物體的有規則運動與系統內分子無規則運動之間的轉換，從而改變系統的內能。“傳遞熱量”是通過分子之間的相互作用來完成的，所起的作用是系統外物體的分子無規則運動與系統內分子無規則運動之間的轉換，從而也改變系統的內能。
熱力學第一定律（能量轉化和守恒定律）：外界對一系統傳遞的熱量Q，系統從內能為E1的狀態改變到內能為E2的狀態，同時系統對外做功為A， 則Q=E2-E1 A。說明，外界對系統所傳遞的熱量，一部分使系統的內能增加，一部分用于系統對外所作的功。
熱力學第二定律有兩種敘述方式。開爾文敘述指不可能制成一種循環動作的熱機，只從一個熱源吸收熱量，使之完全變為有用的功，而其他物體不發生任何變化。而克勞修斯敘述為能量不能自動的從低溫物體傳向高溫物體。熱力學第二定律反映了自然界中過程進行的方向和條件的一個規律，指出自然界中出現的過程是有方向性的，某些方向的過程可以實現，而另一方向的過程則不能實現。證明了一切與熱現象有關的實際過程都是不可逆的。也就是說，一過程產生的效果，無論用任何曲折復雜的方法，都不能使系統恢復原狀而不引起其他變化。對于系統所處的熱力學狀態可以用熵（S）表示。dS=dQ/T。熵不僅僅是能量損失的量度，同時也是一個過程之不可逆性的量度。由于能留在時間中具有方向性，所以熵也成為了時間的量度，即時間的不可逆性的量度。對于一個可逆循環中系統的熵變等于零。在封閉系統中發生任何不可逆過程都導致熵的增加，這稱之為熵增加原理。引入熵的概念后，熱力學第二定律可以用以下數學表達式表示：

這表明一切自發過程總是沿著熵增加的方向進行，這個熵包括系統和環境的熵，對封閉系統來講，自發過程只有在按系統熵值增加的方向才能進行。