As leis da termodinâmica podem ser derivadas de algumas suposições básicas sobre o comportamento da matéria e da energia.

A Lei Zero da Termodinâmica afirma que se dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, então eles estão em equilíbrio térmico entre si. Esta lei baseia-se na observação de que o calor flui de um objeto mais quente para um objeto mais frio, e nunca o contrário.

A Primeira Lei da Termodinâmica afirma que a energia não pode ser criada ou destruída, apenas transferida. Esta lei baseia-se na observação de que a quantidade total de energia num sistema isolado permanece constante, mesmo que a energia seja transferida de uma forma para outra.

A Segunda Lei da Termodinâmica afirma que a entropia de um sistema fechado sempre aumenta com o tempo. Esta lei baseia-se na observação de que a desordem sempre aumenta num sistema fechado, e nunca o contrário.

Essas três leis podem ser usadas para derivar uma série de outras equações termodinâmicas. Por exemplo, a equação para a mudança na entropia de um sistema é:

$$\Delta S =\frac{\Delta Q}{T}$$

onde $\Delta S$ é a mudança na entropia, $\Delta Q$ é o calor adicionado ao sistema e $T$ é a temperatura do sistema.

A equação para a mudança na energia interna de um sistema é:

$$\Delta U =\Delta Q - \Delta W$$

onde $\Delta U$ é a mudança na energia interna, $\Delta Q$ é o calor adicionado ao sistema e $\Delta W$ é o trabalho realizado pelo sistema.

A equação para a mudança na energia livre de Gibbs de um sistema é:

$$\Delta G =\Delta H - T\Delta S$$

onde $\Delta G$ é a mudança na energia livre de Gibbs, $\Delta H$ é a mudança na entalpia, $T$ é a temperatura do sistema e $\Delta S$ é a mudança na entropia.

Essas equações são apenas alguns exemplos das muitas equações termodinâmicas que podem ser derivadas das leis da termodinâmica. Essas equações são usadas para estudar uma ampla variedade de fenômenos, incluindo o comportamento de motores térmicos, refrigeradores e reações químicas.