Термодинамічні значення обговорюються стосовно системи та її оточення. Все, що не є частиною системи, становить її оточення. Система та оточення розділені межею. Наприклад, якщо система являє собою один моль газу в контейнері, то межа - це просто внутрішня стінка самого контейнера. Усе, що знаходиться за межами кордону, вважається оточенням, яке включало б сам контейнер.
Межа повинна бути чітко визначена, щоб можна було чітко сказати, чи є дана частина світу в системі чи в оточенні. Якщо речовина не може пройти через кордон, то система вважається закритою; в іншому випадку він відкритий. Закрита система все ще може обмінюватися енергією з оточенням, якщо система не є ізольованою, і в цьому випадку ні речовина, ні енергія не можуть пройти через кордон.
Перший закон термодинаміки, також відомий як Закон збереження енергії, говорить, що енергію не можна ні створювати, ні руйнувати; енергія може передаватися або змінюватися лише з однієї форми в іншу. Наприклад, увімкнення світла, здавалося б, виробляє енергію; однак перетворюється електрична енергія.
Спосіб вираження першого закону термодинаміки полягає в тому, що будь-яка зміна внутрішньої енергії (∆E) системи задається сумою теплоти (q), що протікає через її межі, та роботи (w), виконаної в системі околицями.
∆E = q + w
де q - тепло, що протікає через її межі, а w - робота, що виконується системою навколишнім середовищем
Цей закон говорить, що існує два типи процесів - тепло і робота, які можуть призвести до зміни внутрішньої енергії системи. Оскільки як тепло, так і роботу можна виміряти та визначити кількісно, це те саме, що сказати, що будь-яка зміна енергії системи повинна призводити до відповідної зміни енергії оточення поза системою. Іншими словами, енергію неможливо створити або знищити. Якщо тепло тече в систему або навколишнє середовище працює над нею, внутрішня енергія збільшується, а ознаки q і w позитивні. І навпаки, тепловий потік із системи або робота системи (навколишнього середовища) відбуватиметься за рахунок внутрішньої енергії, а отже, q і w будуть негативними.
Другий закон термодинаміки говорить, що ентропія ізольованої системи завжди зростає. Ізольовані системи спонтанно еволюціонують до теплової рівноваги - стану максимальної ентропії системи. Простіше кажучи, ентропія Всесвіту (остаточна ізольована система) лише збільшується і ніколи не зменшується.
Простий спосіб думати про другий закон термодинаміки полягає в тому, що якщо кімната, якщо її не очистити та не прибрати, з часом незмінно стане безладною та безладною - незалежно від того, наскільки обережно слід тримати її в чистоті. Коли приміщення прибирається, його ентропія зменшується, але зусилля по його прибиранню призводять до збільшення ентропії поза приміщенням, що перевищує втрачену ентропію.
Третій закон термодинаміки говорить, що ентропія системи наближається до постійного значення, оскільки температура наближається до абсолютного нуля. Ентропія системи при абсолютному нулі, як правило, дорівнює нулю, і у всіх випадках визначається лише кількістю різних основних станів, які вона має. Зокрема, ентропія чистої кристалічної речовини (ідеального порядку) при абсолютній нульовій температурі дорівнює нулю. Це твердження справедливо, якщо ідеальний кристал має лише один стан з мінімальною енергією.
