Nilai-nilai termodinamika dibahas mengacu pada sistem dan lingkungannya. Segala sesuatu yang bukan bagian dari sistem membentuk lingkungannya. Sistem dan lingkungan dipisahkan oleh suatu batas. Misalnya, jika sistem adalah satu mol gas dalam wadah, maka batasnya hanyalah dinding bagian dalam wadah itu sendiri. Segala sesuatu di luar batas dianggap lingkungan, yang akan mencakup wadah itu sendiri.
Batasnya harus didefinisikan dengan jelas, sehingga seseorang dapat dengan jelas mengatakan apakah suatu bagian dunia tertentu ada di dalam sistem atau di sekitarnya. Jika materi tidak dapat melewati batas, maka sistem dikatakan tertutup; jika tidak, itu terbuka. Sistem tertutup masih dapat bertukar energi dengan lingkungannya kecuali sistem itu terisolasi, dalam hal ini baik materi maupun energi tidak dapat melewati batas.
Hukum pertama termodinamika, juga dikenal sebagai Hukum Kekekalan Energi, menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan; energi hanya dapat dipindahkan atau diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Misalnya, menyalakan lampu tampaknya menghasilkan energi; Namun, itu adalah energi listrik yang diubah.
Suatu cara untuk menyatakan hukum pertama termodinamika adalah bahwa setiap perubahan energi dalam (∆E) suatu sistem diberikan oleh jumlah panas (q) yang mengalir melintasi batasnya dan kerja (w) yang dilakukan pada sistem oleh lingkungan.
∆E = q + w
di mana q adalah kalor yang mengalir melintasi batasnya dan w adalah kerja yang dilakukan oleh lingkungan pada sistem
Hukum ini mengatakan bahwa ada dua jenis proses, panas, dan kerja, yang dapat menyebabkan perubahan energi dalam suatu sistem. Karena panas dan kerja dapat diukur dan dihitung, ini sama dengan mengatakan bahwa setiap perubahan energi suatu sistem harus menghasilkan perubahan yang sesuai dalam energi lingkungan di luar sistem. Dengan kata lain, energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Jika kalor mengalir ke suatu sistem atau lingkungan melakukan usaha padanya, energi dalam meningkat dan tanda q dan w positif. Sebaliknya, aliran kalor keluar dari sistem atau kerja yang dilakukan oleh sistem (pada lingkungan) akan mengorbankan energi dalam, dan oleh karena itu, q dan w akan menjadi negatif.
Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa entropi sistem terisolasi selalu meningkat. Sistem terisolasi secara spontan berevolusi menuju kesetimbangan termal – keadaan entropi maksimum sistem. Lebih sederhananya, entropi alam semesta (sistem terisolasi paling akhir) hanya bertambah dan tidak pernah berkurang.
Cara sederhana untuk memikirkan hukum kedua termodinamika adalah bahwa sebuah ruangan, jika tidak dibersihkan dan dirapikan, akan selalu menjadi lebih berantakan dan tidak teratur seiring berjalannya waktu – terlepas dari seberapa hati-hati seseorang menjaga kebersihannya. Saat ruangan dibersihkan, entropinya berkurang, tetapi upaya untuk membersihkannya mengakibatkan peningkatan entropi di luar ruangan yang melebihi entropi yang hilang.
Hukum termodinamika ketiga menyatakan bahwa entropi suatu sistem mendekati nilai konstan ketika suhu mendekati nol mutlak. Entropi sistem pada nol mutlak biasanya nol, dan dalam semua kasus hanya ditentukan oleh jumlah keadaan dasar berbeda yang dimilikinya. Secara khusus, entropi zat kristal murni (urutan sempurna) pada suhu nol mutlak adalah nol. Pernyataan ini berlaku jika kristal sempurna hanya memiliki satu keadaan dengan energi minimum.
