热力学定律揭示了热量流动的基本规律：在自然状态下，热量总是从高温区域流向低温区域。这一原理最早由克劳修斯从宏观角度提出，他定义熵(S=Q/T)，即热量与温度的比值。波尔兹曼则从微观角度补充，提出熵(S=klnW)与微观状态数W有关，两者本质上是一致的。
普里戈金的耗散结构理论引入了熵流的概念，阐述了系统内部如果熵流(dSe)大于熵产生(dSi)，即dS=dSi+ dSe<0，意味着系统内熵会减少，但这仅限于相对意义上，整体上系统仍遵循熵增原理。经典表述为：“绝热系统中的熵永不减少”。这一原理进一步扩展为：在孤立系统中，任何变化都不能导致熵的减少，这个原则在所有时刻都必须成立。
系统分类有四种：孤立系统、封闭系统、开放系统和绝热系统。孤立系统与外界没有物质和能量交换；封闭系统允许能量交换但保持物质独立；开放系统则既允许能量和物质的交换；绝热系统则特指不进行热能交换，但可能存在其他形式的能量交换，如电能或机械能。
化学反应不是一个孤立的变化过程，温度、压力、质量及催化剂都直接影响反应的方向和速度。