Nhiệt và nhiệt độ là những khái niệm cơ bản của nhiệt động học. Nhiệt động học cổ điển nghiên cứu tất cả những hiện tượng chịu sự chi phối của:

• Nhiệt
• Sự biến thiên của nhiệt

Nhiệt và nhiệt độ

Bằng trực giác, mỗi chúng ta đều biết đến khái niệm nhiệt độ. Một vật được xem là nóng hay lạnh tùy theo nhiệt độ của nó cao hay thấp. Nhưng thật khó để đưa ra một định nghĩa chính xác về nhiệt độ. Một trong những thành tựu của nhiệt động học trong thế kỷ 19 là đã đưa ra được định nghĩa về nhiệt độ tuyệt đối của một vật, đo bằng đơn vị Kelvin, độ không tuyệt đối = không độ Kelvin ≈ -273.15 độ C.

Khái niệm nhiệt còn khó định nghĩa hơn. Một lý thuyết cổ, được bảo vệ bởi Antoine Lavoisier, cho rằng nhiệt là một dịch thể đặc biệt (không màu sắc, không khối lượng), gọi là chất nhiệt, chảy từ vật này sang vật khác. Một vật càng chứa nhiều chất nhiệt thì nó càng nóng. Thuyết này sai ở chỗ chất nhiệt không thể đồng nhất với một đại lượng vật lý được bảo toàn. Về sau, nhiệt động học đã làm rõ nghĩa cho khái niệm nhiệt lượng trao đổi.

Các động cơ nhiệt

Nhiệt động học cổ điển đã vươn lên với tư cách là khoa học của các động cơ nhiệt hay khoa học về nhiệt động năng.

Nicolas Léonard Sadi Carnot đã mở đầu cho các nghiên cứu hiện đại về các động cơ nhiệt trong một tiểu luận có tính nền tảng: "Ý nghĩa của nhiệt động năng và các động cơ ứng dụng loại năng lượng này" (1823). Chu trình Carnot, được trình bày trong tiểu luận này, vẫn còn là một ví dụ lý thuyết điển hình trong các nghiên cứu về các động cơ nhiệt. Ngày nay, thay vì dùng khái niệm nhiệt động năng, người ta phát biểu rằng các động cơ nhiệt có khả năng sinh công cơ học, đồng thời tìm hiểu cách thức sử dụng nhiệt để tạo ra công.

Mọi chuyển động của các vật trong thế giới vĩ mô (khoảng gần 1 milimét trở lên được xem là vĩ mô) đều có thể sinh nhiệt, với ý nghĩa là nó làm cho vật nóng thêm. Có thể thử nghiệm bằng cách xoa hai bàn tay vào nhau.

Ngược lại, nhiệt cũng có thể làm cho các vật thể vĩ mô chuyển động (Ví dụ: có thể quan sát sự chuyển động của nước khi được đun sôi). Đây là cơ sở để chế tạo các động cơ nhiệt. Chúng là các hệ vĩ mô, trong đó chuyển động được duy trì nhờ sự chênh lệch nhiệt độ giữa bộ phận "nóng" và bộ phận "lạnh".