Đồng thời với việc tìm hiểu cơ chế vi mô của các hiện tượng nhiệt, người ta tiến hành nghiên cứu các hiện tượng này ở cấp độ vĩ mô, dựa vào ba khái niệm cơ bản là nội năng, công và nhiệt lượng đã vận dụng thành công những kết quả nghiên cứu này vào khoa học công nghệ và đời sống. Một trong những thành tựu nghiên cứu quan trọng nhất trong lĩnh vực này là việc tìm ra các nguyên lý của nhiệt động lực học.