Termodynamiska värden diskuteras med hänvisning till ett system och dess omgivning. Allt som inte är en del av systemet utgör dess omgivning. Systemet och omgivningen är åtskilda av en gräns. Till exempel, om systemet är en mol av en gas i en behållare, är gränsen helt enkelt själva behållarens innervägg. Allt utanför gränsen betraktas som omgivningen, vilket skulle omfatta själva behållaren.
Gränsen måste vara tydligt definierad, så man kan tydligt säga om en given del av världen finns i systemet eller i omgivningen. Om saken inte kan passera över gränsen, sägs systemet vara stängt; annars är den öppen. Ett slutet system kan fortfarande utbyta energi med omgivningen om inte systemet är isolerat, i vilket fall varken materia eller energi kan passera över gränsen.
Termodynamikens första lag, även känd som lagen om energibevarande, säger att energi varken kan skapas eller förstöras; energi kan bara överföras eller ändras från en form till en annan. Att till exempel tända ett ljus verkar producera energi; det är dock elektrisk energi som omvandlas.
Ett sätt att uttrycka termodynamikens första lag är att varje förändring i den inre energin (∆E) i ett system ges av summan av värmen (q) som strömmar över dess gränser och arbetet (w) som utförs på systemet av omgivningen.
∆E = q + w
där q är värmen som strömmar över dess gränser och w är det arbete som omgivningen gör på systemet
Denna lag säger att det finns två typer av processer, värme och arbete, som kan leda till en förändring av den inre energin i ett system. Eftersom både värme och arbete kan mätas och kvantifieras är det samma som att säga att varje förändring av energin i ett system måste resultera i en motsvarande förändring av energin i omgivningen utanför systemet. Med andra ord kan energi inte skapas eller förstöras. Om värme strömmar in i ett system eller omgivningen jobbar på det, ökar den inre energin och tecknet på q och w är positivt. Omvänt kommer värmeflödet ut ur systemet eller arbete som utförs av systemet (på omgivningen) att ske på bekostnad av den inre energin, och q och w kommer därför att vara negativa.
Termodynamikens andra lag säger att entropin i ett isolerat system alltid ökar. Isolerade system utvecklas spontant mot termisk jämvikt – tillståndet för systemets maximala entropi. Enklare uttryckt, universums entropi (det ultimata isolerade systemet) bara ökar och minskar aldrig.
Ett enkelt sätt att tänka på termodynamikens andra lag är att ett rum, om det inte städas och städats, alltid blir mer rörigt och stökigt med tiden – oavsett hur noggrann man är med att hålla det rent. När rummet städas minskar dess entropi, men ansträngningen att rengöra det har resulterat i en ökning av entropin utanför rummet som överstiger den förlorade entropin.
Termodynamikens tredje lag säger att entropin i ett system närmar sig ett konstant värde när temperaturen närmar sig absolut noll. Entropin för ett system vid absolut noll är typiskt noll, och bestäms i alla fall endast av antalet olika grundtillstånd det har. Specifikt är entropin för en ren kristallin substans (perfekt ordning) vid absolut nolltemperatur noll. Detta uttalande gäller om den perfekta kristallen bara har ett tillstånd med minimal energi.
