열 및 물체의 열적(熱的) 성질을 연구하는 학문. 열전도 · 열팽창 · 반응열 · 열기관(熱機關) 등 열에 관련된 현상과 장치는 물리학 · 화학 · 생물학 · 공학에서 다양한 형태로 나타난다.

그 연구를 목적으로 하는 것이 열학이며 내용을 크게 나누면 열역학 · 분자운동론 · 통계역학의 세 가지로 분류된다.

열역학은 19세기 중반부터 후반에 걸쳐 완성되었으며 그 기본적인 사상은 물질의 미시적인 것을 대상으로 하지 않고 오히려 거시적 성질에 주목하여 열역학함수 사이의 관계를 이끌어내려는 것이었다.

즉, 열역학은 현상론의 입장에 서있다.

열역학은 실험결과와 모순되는 일은 없으나 열역학함수를 원자 · 분자라는 미시적 관점에서 구하는 수단을 제공하지 않는다.

이 점에 불만을 가진 물리학자는 19세기 중반부터 분자의 입장에서 열학을 구축해 나갔다. 특히 1859년 ]. C. 맥스웰은 기체 분자의 운동이 난잡하다는 점에 주목하여 분자의 속도 분포에 관한 하나의 법칙을 도출했다.

더욱이 이 분자운동론은 L. 볼츠만, J. W. 기브스 등에 의해 일반화되어 오늘날 통계역학이라는 한 분야가 완성되었다.

통계역학은 열역학의 기초를 이룸과 동시에 미시적인 입장에서 열역학함수를 구하기 위한 구체적인 원리를 제공했다.