Топлинните явления се изучават от термодинамиката и молекулната физика. Независимо че имат общ обет за изследване - термодинамичните системи, изградени от огромен брой частици (атоми и молекули), те използват различни методи. Термодинамиката не се интересува от атомно-молекулния строеж на веществото и разглежда термодинамичните системи като непрекъснати среди, които се характеризират с макроскопични параметри.
Термодинамичният подход се основаава на два фундаментални закона (принципи на термодинамиката), които са обобщение на натрупаните от науката експериментални факти. Задача на молекулната физика е да обясни макроскопичните параметри, свойства и явления, които се измерват или наблюдават експериментално (например налягане, температура, топлопроводност, промяна на състоянието и така нататък), като сумарен резултат от вътрешното движение и взаимодействие на молекулите. Молекулната физика не разглежда индивидуалното движение на отделните молекули, а използва молекулно-кинетичната теория, за да определи такива средни велиичини, като средна скорост и средна кинетична енергия, характеризиращи цялата съвкупност от хаотично движещи се молекули.
Методите на термодинамиката и на молекулната физика взаимно се допълват, поради което ще ги използваме съвместно за описване на процесите в термодинамичните системи. Специално внимание ще отделим на свойствата на идеалния газ - модел на най-проста термодинамична система. Ще използваме закона за запазване на енергията - първи принцип на термодинамиката) и закона за нарастване на ентропията (втори принцип на термодинамиката) за анализ на обратимите и необратимите процеси в термодинамичните системи и принципа на действие на топлинните машини. Накрая ще разгледаме свойствата на реалните газове, явленията, свързани с повърхностното напрежение и течностите, и топлинното разширение на твърдите тела.