E' alla prima metà del secolo XIX che si può far risalire la nascita della termodinamica così come oggi la intendiamo. In realtà affonda le sue radici nell'antichità e soprattutto nelle ricerche, che intorno al calore, hanno tenuto occupati filosofi e fisici. Gli antichi avevano idee estremamente confuse sul calore: c'è chi come i filosofi ionici riteneva che il quarto elemento fosse il fuoco e confondeva fatalmente il fuoco con il calore, considerando quest'ultimo una sostanza; altre scuole invece ritenevano che il calore fosse uno stato dei corpi. Anche la distinzione tra caldo e freddo fu fonte di confusione: i filosofi peripatetici affermavano che caldo e freddo fossero proprietà intrinseche e distinte dai corpi  e si dovrà arrivare al 1623 perché Galileo Galilei affermi nella sua opera "Il Saggiatore" che il freddo non è una qualità positiva dei corpi, sebbene una privazione di caldo e che non è insito nella materia. La generale confusione in tal campo è stata alimentata molto spesso da vincoli extrascientifici con le tradizionali teorie filosofiche e si dovrà giungere al XVII secolo prima che ci si ponga la domanda "Cos'è il calore?". Bacone e Keplero sono concordi nell'affermare che il calore è uno stato del corpo dovuto all'agitazione delle molecole. Questa teoria, benché esatta, fu però quasi soffocata da quella del calorico sul fluire del 1600. Una teoria questa che postulava l'esistenza di un fluido particolare, il calorico appunto, responsabile di tutti i fenomeni termici; tale fluido godeva della proprietà di essere imponderabile, diffuso in tutta la materia   e capace di penetrare nei corpi e combinarsi con essi: il medesime errore che verrà commesso nel 1800 nel campo dell'elettricità, con l'introduzione dell'etere. La teoria del calorico ebbe subito fortuna anche se sussisteva sempre la teoria meccanica del calore, quella che lo ammetteva come uno stato del corpo dovuta all'agitazione molecolare. Parallelamente agli studi condotti sulla natura del calore nascono e  proseguono quelli sul calore specifico e la temperatura. Sebbene dagli esperimenti fosse confermato l'inesistenza del calorico la teoria resisteva: ancora nel1829 Biot afferma che l'origine del calore è ignota e gli stessi studi di Sadi Crnot, che aprono la via della termodinamica moderna, furono avviati quando l'autore ne sosteneva l'esatezza. Gli studi di Carnot si collocano in un periodo che vede il passaggio dagli studi del calore dal campo speculativo a quello pratico, con lo scopo di migliorare il funzionamento della macchina a vapore, soprattutto sotto l'aspetto del rendimento. La questione destò l'interesse di Carnot, ma la sua opera, inizialmente passata inosservata, solo dieci anni dopo richiamò l'attenzione di Clapeyron, che contemporaneamente annunciò l'equazione di stato dei gas perfetti, sintetizzando in una sola legge quella date a loro tempo da Volta, Boyle e Guy Lussac. Le nuove idee tardarono ad affermarsi finché, intorno alla metà del secolo, un gruppo di studiosi, quasi indipendentemente l'uno dall'altro, enunciò il concetto di equivalenza tra calore e lavoro: é l'embrione del primo principio della termodinamica. Uno studio più approfondito fu condotto da Mayer nel 1872: la determinazione dell'equivalente meccanico della caloria si ottenne mediante considerazioni sulla differenza tra i calori a pressione e a volume costanti per i gas, che portò al seguente risultato: 1 kcal = 365 kpm, un valore che venne successivamente corretto da Regnault a 424 kpm. Joule invece, nel periodo in cui studiava l'effetto termico delle correnti elettriche, enunciò la legge, che oggi porta il suo nome, ponendo il valore dell'equivalente a 460 kpm, scoperto mediante il cosiddetto mulinello di Joule. Fu nel 1880 che Rowland propose il valore 427 kpm ancora oggi accettato. Contemporaneamente allo sviluppo di tali studi, stava aprendosi nella fisica un nuovo concetto: quello di energia. Fu Helmhatz a proporre una differenziazione tra forza ed energia, prima confuse, enunciando il "principio di conservazione dell'energia". Nel1850 Rodolfo Clausius dimostrò che il rapporto tra calore e lavoro è costante solo in un processo ciclico, tale cioè che il sistema ritorni nelle condizioni di partenza, caso che non avveniva nella primitiva esperienza di Joule. Se il processo non è ciclico la differenza tra calore ed equivalente termico non è nulla. Per colmare tale differenza Clausius introdusse l'energia interna, ponendo così in forma il primo principio della termodinamica. E' di poco posteriore l'enunciazione del "postulato" che porta il suo nome e l'introduzione della funzione di stato dell'entropia, differenziando i processi ideali da quelli reali: siamo giunti al secondo principio della termodinamica.