Бөлшектердің, мысалы, молекулалардың үлкен жиынтығы термодинамикалық жүйе деп түсіндіріледі және мұндағы кейбір молекулалардың қозғалысы жалпы жүйеге әсер етерліктей болмайды. Термодинамикалық жүйе (газ, сұйық, қатты дене) өздігінен жылулық тепе-теңдікке ұмтылады.
Термодинамиканың негізін бақылаулар мен тәжірибелер нәтижесінде алынған екі бастама (заң) қалайды.
Термодинамиканың бірінші бастамасы: энергияның жылулық процестерде сақталуы және өзгеру заңы тұжырымдайды, жүйеге берілген жылу жүйенің ішкі энергиясын өзгертуге және жұмыс жасауға жұмсалатынын негіздейді.
Q=∆U+A
Жылу алмасу жоқ кезінде болатын процесті адиабаталық деп атайды. Бұл процесті жұмыс жүйенің ішкі энергиясы есебінен жасалады.
A= –∆U
Термодинамиканың екінші бастамасы табиғаттағы процестердің қайтымсыздығын көрсетеді. Ол жылудың азырақ жылытылған денеден қызған денеге өздігінен берілу мүмкіндігін және алынған энергияны толығымен механикалық жұмысқа айналдыра алатын жылу машинасынының жасалуы жоққа шығарады.
Барлық жылу машиналарында отын ішкі энергиясының механикалық энергияға ауысуы жүреді. Шын мәніндегі жылу машинасында үш құрамды бөлік бар: қыздырғыш, жұмыстық дене, суытқыш дене.
Жылу қозғалтқышының жұмыс процесінде жұмыстық дене (бу немесе газ) қыздырылған Q1жылу мөлшерін алады, оның бір бөлігі А механикалық жұмыс атқаруға жұмсайды, ал қалған Q2 бөлігін суытқышқа береді.
Q1=A + Q2
Жылу қозғалтқышының пайдалы әсер коэффициенті әрқашан бірден кем. Қазіргі кездегі жылу қозғалтқышытарының ең көп ПӘК-і 50 % шамасындай.
Жылу машиналарының ПӘК-ін арттыруға қыздырғыш температурасын жоғарылату, суытқыш температурасын төмендету есебінен, сондай-ақ үйкеліс әрекетінен энергияның кему және толық жанбайтын отынның шығынын азайту есебінен қол жеткізуге болады.