在近几世纪还有一项有重大影响的科学成就，就是热力学的发展。热力学是研究热现象中物态转变和能量转移的学科。不但与动力系统的设计和化学工程有直接的关系，对于自然的观察也具有重大的指导作用。人类在很早的时候就认识到自然中有三种状态的物体，即气体（如空气）、液体（如水）和固体（如石头）。但是人们并不清楚，其实同一种物质在不同的温度可以有三态。热力学解释了这些随着温度而改变的物态转变，同时也解释了在很多物理过程中，热能和做功会如何改变一个系统内部的能量。

18世纪到19世纪，由于工业发展的需要，如何改善蒸汽机成了一项重要的研究课题。这就为热力学的研究提供了强大的诱因。而就在那个时候，对于温度和压力的量度已经有很好的仪器。抽气机的发明也使得人们可以在实验室里面制造真空。这就为热力学的实验创造了良好的条件。17世纪，波义耳（Robert Boyle）已经得出了波义耳定律。这个定律后来与其他的几个定律合并，得出了理想气体定律。它说明在一个封闭系统里面，气体的体积、压力和温度之间的关系。18世纪中叶，瓦特（James Watt）设计了效率不错的蒸汽机。19世纪50年代，人们发现了热力学的第一定律和第二定律。1860年，麦克斯韦提出了一个气体的动力学理论，里面提到一种能量的分配函数。这项工作在1872年由玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）进一步发展。他们的工作就奠定了今天被称为“麦克斯韦-玻尔兹曼分布”的统计模型。这个模型很好地解释了在自然界里面许多系统的能量分布。(www.daowen.com)