ترمودینامیک برای موضوعات با گستره‌ی تفاوت وسیعی در علم و مهندسی _ مانند موتورها، تبادلات فازی، واکنش‌های شیمیایی، پدیده انتقال، و حتی سیاه‌چاله‌ها کاربرد دارد. نتایج محاسبات تمودینامیک برای شاخه‌های دیگر علم فیزیک و برای شیمی، مهندسی شیمی، مهندسی هوا فضا، مهندسی مکانیک، زیست‌شناسی سلولی، مهندسی داروسازی و علم مواد لازم است و در زمینه‌هایی نظیر اقتصاد کاربرد دارد.

 از نظر تاریخی، علم ترمودینامیک به دلیل درخواست افزایش بازدهی موتورهای بخار اولیه گسترش پیدا کرد، بخصوص به دلیل کارهای فیزیکدان فرانسوی نیکولاس لئونارد سعدی کارنو (Nicolas Le’onard Sadi Carnot) (متولد 1824)، کسی که اعتقاد داشت بازدهی موتورهای حرارتی کلید کمک به فرانسه در برد جنگ‌های ناپلئون است. فیزیکدان بریتانیایی متولد ایرلند، لرد کلوین (Lord Kelvin) اولین کسی بود که مفهوم مختصر علم ترمودینامیک را در سال 1854 تنظیم کرد.