مقادیر ترمودینامیکی با اشاره به یک سیستم و محیط اطراف آن مورد بحث قرار می گیرند. هر چیزی که جزئی از سیستم نیست، اطراف آن را تشکیل می دهد. سیستم و محیط اطراف توسط یک مرز از هم جدا شده اند. به عنوان مثال، اگر سیستم یک مول گاز در یک ظرف باشد، آنگاه مرز به سادگی دیواره داخلی خود ظرف است. هر چیزی خارج از مرز، محیط اطراف در نظر گرفته می شود که شامل خود ظرف نیز می شود.
مرز باید به وضوح مشخص شود، بنابراین می توان به وضوح گفت که آیا بخشی از جهان در سیستم است یا در اطراف. اگر ماده نتواند از مرز عبور کند، سیستم بسته است. در غیر این صورت باز است یک سیستم بسته ممکن است همچنان با محیط اطراف خود مبادله انرژی داشته باشد مگر اینکه سیستم منزوی باشد، در این صورت نه ماده و نه انرژی نمی توانند از مرز عبور کنند.
قانون اول ترمودینامیک که به قانون بقای انرژی نیز معروف است بیان می کند که انرژی نه می تواند ایجاد شود و نه از بین می رود. انرژی فقط از شکلی به شکل دیگر قابل انتقال یا تغییر است. به عنوان مثال، به نظر می رسد روشن کردن یک چراغ انرژی تولید می کند. با این حال، این انرژی الکتریکی است که تبدیل می شود.
روشی برای بیان قانون اول ترمودینامیک به این صورت است که هر تغییری در انرژی داخلی (∆E) یک سیستم با مجموع گرمایی (q) که در سراسر مرزهای آن جریان دارد و کار (w) انجام شده روی سیستم به دست می‌آید. توسط محیط اطراف
∆E = q + w
که در آن q گرمایی است که در سراسر مرزهای آن جریان دارد و w کار انجام شده روی سیستم توسط محیط اطراف است.
این قانون می گوید که دو نوع فرآیند وجود دارد، گرما و کار، که می تواند منجر به تغییر در انرژی داخلی یک سیستم شود. از آنجایی که هم گرما و هم کار را می توان اندازه گیری و کمی کرد، این همان چیزی است که بگوییم هر تغییری در انرژی یک سیستم باید منجر به تغییر متناظر در انرژی محیط خارج از سیستم شود. به عبارت دیگر، انرژی را نمی توان ایجاد کرد یا از بین برد. اگر گرما به یک سیستم جریان یابد یا محیط اطراف روی آن کار کند، انرژی داخلی افزایش می یابد و علامت q و w مثبت است. برعکس، جریان گرما از سیستم یا کار انجام شده توسط سیستم (روی محیط اطراف) به هزینه انرژی داخلی خواهد بود و بنابراین q و w منفی خواهند بود.
قانون دوم ترمودینامیک می گوید که آنتروپی یک سیستم ایزوله همیشه افزایش می یابد. سیستم های ایزوله به طور خود به خود به سمت تعادل حرارتی تکامل می یابند - حالت حداکثر آنتروپی سیستم. به بیان ساده تر، آنتروپی جهان (نظام منزوی نهایی) فقط افزایش می یابد و هرگز کاهش نمی یابد.
یک راه ساده برای فکر کردن به قانون دوم ترمودینامیک این است که یک اتاق، اگر تمیز و مرتب نشود، همیشه با گذشت زمان نامرتب‌تر و بی‌نظم‌تر می‌شود - صرف نظر از اینکه چقدر مراقب تمیز نگه داشتن آن است. هنگامی که اتاق تمیز می شود، آنتروپی آن کاهش می یابد، اما تلاش برای تمیز کردن آن منجر به افزایش آنتروپی در خارج از اتاق شده است که بیش از آنتروپی از دست رفته است.
قانون سوم ترمودینامیک بیان می کند که با نزدیک شدن دما به صفر مطلق، آنتروپی یک سیستم به یک مقدار ثابت نزدیک می شود. آنتروپی یک سیستم در صفر مطلق معمولاً صفر است و در همه موارد فقط با تعداد حالت های پایه مختلف آن تعیین می شود. به طور خاص، آنتروپی یک ماده کریستالی خالص (ترتیب کامل) در دمای صفر مطلق صفر است. اگر کریستال کامل فقط یک حالت با حداقل انرژی داشته باشد، این جمله صادق است.
