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Tal y como describe la ciencia de la termodinámica, un conjunto de cuatro leyes rigen la relación del calor y la temperatura con la energía y el trabajo. Estas leyes describen las interacciones energéticas de los sistemas físicos con su entorno. La ley número cero de la termodinámica explica que si dos sistemas aislados separados están en equilibrio con un tercer sistema aislado, entonces los dos primeros sistemas también están en equilibrio entre sí. La primera ley de la termodinámica está relacionada con la ley de la conservación de la energía y explica que la energía puede intercambiarse entre un sistema y su entorno como flujo de calor o trabajo. La relación entre la energía, el calor y el trabajo se representa matemáticamente con la ecuación: ΔU = w + q, donde el cambio de energía interna del sistema se representa con ΔU. La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía (espontaneidad) de un sistema aislado aumentará con el tiempo. Esta ley explica por qué el calor viaja de los objetos más calientes a los más fríos. La tercera ley de la termodinámica establece que para que un sistema realice trabajo, la entropía tiene que aumentar. En consecuencia, a medida que la temperatura de una sustancia se acerca al cero absoluto, la entropía disminuirá hasta alcanzar un valor mínimo constante.