热力学第一定律是所有涉及宏观热现象过程中能量守恒和转化的普遍规律的具体表达。热力学第二定律是定义实际热力学过程方向的热力学定律。证明了熵增原理成立：热力学系统存在达到平衡态的状态函数熵，孤立系统熵不减，达到平衡态时熵达到最大。
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热力学第一定律证实，任何系统都存在单值的态函数——的内能，孤立系统的内能是常数。物体的内能是组成物体的微观粒子不规则热运动的动能和物体静止时它们相互作用的势能之和。定义宏观内能的实验依据是：系统在相同初末态的绝热功值都相等，与路径无关。可以看出，外界在绝热过程中对系统所做的功，只与系统在初态和终态之间的一个函数的变化有关，与路径无关。这个态函数就是内能。它可以将绝热功定义为外界通过系统所做的功：U2-U1=-As，其中负号表示对外的功为正功。功的单位是焦耳。在纯传热过程中，可以用系统的内能变化来定义热量及其值，即Q=U2-U1，其中系统的吸热量定义为正(Q大于0)。热量的单位也是焦耳。
热力学第二定律要求孤立系统中发生的过程沿着熵增加的方向进行，这就是所谓的熵判据。它与热力学第一定律和热力学第三定律一起构成了热力学理论的基础。由此导出的卡诺定理指出了提高热机和制冷机经济性的方向和限度。
指出经验热电转换是不可逆的。在大量热机循环中可以观察到热能动力转换的不可逆性，不可能制造出只从高温热源吸热而不向低温热源放热的热机。总结了大量的实践后得出结论：从单一热源吸收热量，在没有任何其他影响的情况下，将其转化为有用功是不可能的。这是热力学第二定律的开尔文表达式。它否定了制造第二种永动机的可能性(见永动机)。除了热能转换的不可逆性，热量传递也是不可逆的：热量总是自发地从一个高温物体传递到一个低温物体，而相反的过程是不能自发进行的。克劳修斯在大量实验的基础上，总结出热力学第二定律的另一种表述：热量不可能从低温物体传递到高温物体而不产生其他效应。
