À la fin du 18e siècle, l'essor de la machine à vapeur interroge la science. La recherche d'une meilleure efficacité de ces nouvelles machines thermiques bute sur un obstacle important : la science ne dispose d'aucune théorie pour expliquer comment la chaleur peut créer le mouvement. Il lui manque une théorie Thermo-Dynamique.
C'est en 1824 qu'apparaît le premier ouvrage de Thermodynamique : Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance, de , traite des facteurs qui influencent le rendement des machines thermiques. Il établit la loi de Carnot qui est équivalente au second principe de la thermodynamique.
À partir des idées de Carnot, le physicien allemand Rudolf Clausius construit une théorie rigoureuse et cohérente dans laquelle il définit une nouvelle grandeur qu'il baptise entropie. Cette théorie, la thermodynamique classique, repose sur un petit nombre de principes et permet l'étude des systèmes macroscopiques et de leurs transformations dans le cadre d'une approche énergétique. C'est cette théorie qui est l'objet des deux premières parties de ce cours.
Cependant, la signification physique des principes de la thermodynamique et la véritable nature de la chaleur restaient quelque peu mystérieuse. Il a fallu attendre le développement de la physique statistique, notamment par Maxwell et Boltzmann, pour expliquer les fondements de la thermodynamique via une description statistique du monde microscopique.
Née à partir de questions techniques autour des machines thermiques, la thermodynamique est de nos jours une science aboutie dont l'étendue des applications na cessé de croître : la chimie, la cosmologie jusqu'au monde du vivant font appels aux concepts thermodynamiques.
La frise chronologique suivante fournit quelques jalons historiques relatifs aux progrès en thermodynamique.