人类的生产需求和探索未知事物的欲望是科学技术发展的动力。
热现象是人类最早广泛接触到的自然现象之一。18世纪初，对热机的巨大需求，使热学的发展得到积极的推动。在这之前，人们对热只有一些粗略的概念。
欲善其事，先利其器。
温度测量设备与标准的完善是热学发展的前提。1714年，华伦海特改良了水银温度计并确定华氏温标以后，热学走上了实验科学的道路。
随着实验的进展，一种简单解释实验结果的“热质说”理论就形成了，即热是一种名叫热质的流质。
与这一理论对立的学说是，热是一种运动的表现形式。最初提出热量与功相当的说法，是迈耶医生，他在1842年发表论文，提出能量守恒的理论，认为热是能量的一种形式，可以与机械能相互转化，并算出热的功当量。随后，在焦耳、亥姆霍兹等的推动下，学界公认能量守恒为自然界的规律，热力学第一定律确立。
卡诺于1824年已提出了卡诺定理与卡诺循环，指出热机必须工作于不同温度的热源之间，有温度差的地方才能产生动力，并提出了热机最高效率的概念，其在本质上已阐明了热力学第二定律的基本内容。（工程热力学第4版，沈维道童钧耕编）
1848年，开尔文根据卡诺定理，制定了绝对温标，并从热能转化为机械能的角度提出了热力学第二定律的开氏说法：不可能从单一热源吸热，使之完全变为有用的功而不产生其他影响。
克劳修斯则提出了克劳修斯不等式与熵增原理。并根据卡诺定理，在1850年，从热量传递方向性的角度提出了热力学第二定律的克氏说法：不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。（热力学第2版，王竹溪著）
吉布斯对克劳修斯提出的熵十分重视，并由熵提出了他命名的“流体热力学的基本方程”。（吉布斯和他对科学的贡献，杨建邺著）
吉布斯还证明，对于同一工质的两个不同的相α和β组成的孤立系，当系统处于平衡时，其两相需具有相同的温度、压力和化学势。
1912年，能斯特又补充了一个关于低温现象的定律，称为热力学第三定律。描述为：绝对温度零开不可能达到。
压力与温度同为强度量，且都是描述工质性质的重要参数。与“有温度差的地方才能产生动力”相对应的说法：“有压力差的地方才能产生动力”也是同样成立的。在不平衡条件下，自然过程表现出的方向性或不可逆性中，如果说有限温差传热体现的是因温度差而造成的不可逆性，那么工质的自由膨胀则体现着因压力差而造成的不可逆性。
热功转换的设备都要通过在设备内工质状态变化来实现，工程热力学用极大的篇幅去研究工质的性质，离开工质性质的研究，热力学就失去了存在的基础。（高等工程热力学，陈则韶编著）
在压力测量与标准方面，1643年，托里拆利首先测定了标准的大气压力值为760毫米汞柱，奠定了压力测量的基础。
压力对能量转化效率的提升，则更多地体现在内燃机的开发过程中。1838年，巴讷特提出在点火之前压缩混合气有利于提高热效率的观点，并开始研究压缩式发动机，但未能实用化。1861年，密理蒽等发表学术论文，强调了压缩过程的效果。
1862年德罗夏立志要“站在瓦特的肩膀上”，彻底改正内燃机的缺点，并指出：高效率的内燃机必须具备两个必要条件：第一是点火前高压，第二是燃料燃烧后迅速膨胀，达到最大膨胀比。德罗夏提出了提高内燃机热效率的具体设想，把活塞运动分成四个冲程：即由进气、压缩、燃烧做功、排气四个冲程构成的工作循环。
随后，奥拓对这个方案反复研究，并认定：“这是一个天才的设想”，并于1862年制造出一台四冲程样机（但实用化过程中遇到了点火装置方面的困难）。随后，经过改进，于1876年创建由四个冲程构成一个工作循环的奥拓循环。发动机最初的压缩比为2.5左右，热效率仅为10%~12%。
内燃机另一代表—柴油机，则由狄塞尔针对汽油机热效率低等问题，从热力学角度，企图“实现卡诺循环的梦想”中发明的。从理论到现实发动机的开发研究过程中，狄塞尔通过实际发动机中存在的损失，认识到卡诺循环的热效率仅仅是理论上的，因为它只取决于温度，但对实际发动机而言，并非最高温度，而是最高压力起决定性作用。（发动机原理第2版，林学东编著）
热力学作为一门学科，不能只停留在实践经验的认识上，而要把感性经验上升为抽象的概念，总结出规律，并借用有关的数学知识进行严密的逻辑推理，导出对热功转换实践有指导意义的结论。对热力学的定律，用数学公式进行总结与对称性拓展，可表示为：
不可能从单一工质源输出体积功，使之完全变为有用的功而不产生其他影响。（或不可能把工质从低压侧输送到高压侧而不引起其他变化。亦或有压差的地方才能产生动力。）