第零定律：热平衡与温度
若物体A与B处于热平衡，B与C也处于热平衡，则A与C同样处于热平衡。这一定律使温度计（B）能够比较不同物体的温度。由于它比其他定律更基本，后来被命名为“第零”定律。
第一定律：能量守恒
系统内能的变化等于加给系统的热量减去系统对外所做的功（ΔU = Q − W）。它在19世纪中叶通过焦耳关于热功当量的实验以及迈尔和亥姆霍兹的工作而确立。不需要能量供给就能做功的第一类永动机是不可能的。
第二定律：熵与过程的方向
第二定律规定了自然过程的方向。它有两种经典表述。
- 克劳修斯表述：在不引起其他变化的情况下，热量不能自发地从较冷物体传到较热物体。
- 开尔文-普朗克表述：不可能制成一种循环热机，从单一热源吸热并将其全部转化为功（第二类永动机不可能）。
克劳修斯（1865）引入了熵的概念，并将该定律表述为：孤立系统的熵不减少。卡诺（1824）分析的理想热机的最大效率为 η = 1 − T冷/T热（绝对温度），实际热机的效率更低。熵概念在社会层面的延伸见熵定律。
第三定律：绝对零度
第三定律源自能斯特热定理（1906），指出当温度趋近绝对零度（0 K）时，系统的熵趋近一个恒定的最小值。完美晶体在0 K时的熵可取为零，由此可推出无法通过有限步骤达到绝对零度。
应用
这些定律用于计算热机和制冷机的性能、判断化学反应是否自发进行（吉布斯自由能），以及描述生物体的能量代谢。不过，热力学处理的是平衡态和能量收支，而不是热量传递得有多快；传递速率是传热的主题。
参考文献
- Carnot, S. (1824). Réflexions sur la puissance motrice du feu. Paris: Bachelier.
- Clausius, R. (1865). Über verschiedene für die Anwendung bequeme Formen der Hauptgleichungen der mechanischen Wärmetheorie. Annalen der Physik und Chemie, 125(7), 353-400.
- Fermi, E. (1937). Thermodynamics. New York: Prentice-Hall.
- Callen, H. B. (1985). Thermodynamics and an introduction to thermostatistics (2nd ed.). New York: Wiley.