在19世紀早期，不少人沉迷於一種神秘機械——第一類永動機的製造，因為這種構想中的機械只需要一個初始的力量就可使其運轉起來，之後不再需要任何動力和燃料，卻能自動不斷地做功。在熱力學第一定律提出之前，人們一直圍繞著製造永動機的可能性問題展開激烈的討論。
直至熱力學第一定律發現後，第一類永動機的神話才不攻自破。
熱力學第一定律是能量守恆和轉化定律在熱力學上的具體表現，它指明：熱是物質運動的一種形式。這說明外界傳給物質系統的能量（熱量），等於系統內能的增加和系統對外所作功的總和。它否認了能量的無中生有，所以不需要動力和燃料就能做功的第一類永動機就成了天方夜譚式的構想。
簡介
熱力學第一定律的產生是這樣的：在18世紀末19世紀初，隨著蒸汽機在生產中的廣泛套用，人們越來越關注熱和功的轉化問題。於是，熱力學應運而生。1798年，湯普生通過實驗否定了熱質的存在。德國醫生、物理學家邁爾在1841?843年間提出了熱與機械運動之間相互轉化的觀點，這是熱力學第一定律的第一次提出。焦耳設計了實驗測定了電熱當量和熱功當量，用實驗確定了熱力學第一定律，補充了邁爾的論證。
在熱力學第一定律之後，人們開始考慮熱能轉化為功的效率問題。這時，又有人設計這樣一種機械——它可以從一個熱源無限地取熱從而做功。這被稱為第二類永動機。
1824年，法國陸軍工程師卡諾構想了一個既不向外做工又沒有摩擦的理想熱機。通過對熱和功在這個熱機內兩個溫度不同的熱源之間的簡單循環（即卡諾循環）的研究，得出結論：熱機必須在兩個熱源之間工作，熱機的效率只取決與熱源的溫差，熱機效率即使在理想狀態下也不可能的達到100%。即熱量不能完全轉化為功。
1850年，克勞修斯在卡諾的基礎上統一了能量守恆和轉化定律與卡諾原理，指出：一個自動運作的機器，不可能把熱從低溫物體移到高溫物體而不發生任何變化，這就是熱力學第二定律。不久，開爾文又提出：不可能從單一熱源取熱，使之完全變為有用功而不產生其他影響；或不可能用無生命的機器把物質的任何部分冷至比周圍最低溫度還低，從而獲得機械功。這就是熱力學第二定律的“開爾文表述”。奧斯特瓦爾德則表述為：第二類永動機不可能製造成功。
改進
在提出第二定律的同時，克勞修斯還提出了熵的概念S=Q/T，並將熱力學第二定律表述為：在孤立系統中，實際發生的過程總是使整個系統的熵增加。但在這之後，克勞修斯錯誤地把孤立體系中的熵增定律擴展到了整個宇宙中，認為在整個宇宙中熱量不斷地從高溫轉向低溫，直至一個時刻不再有溫差，宇宙總熵值達到極大。這時將不再會有任何力量能夠使熱量發生轉移，此即“熱寂論”。
為了批駁“熱寂論”，麥克斯韋構想了一個無影無形的精靈（麥克斯韋妖），它處在一個盒子中的一道閘門邊，它允許速度快的微粒通過閘門到達盒子的一邊，而允許速度慢的微粒通過閘門到達盒子的另一邊。這樣，一段時間後，盒子兩邊產生溫差。麥克斯韋妖其實就是耗散結構的一個雛形。
1877年，玻爾茲曼發現了巨觀的熵與體系的熱力學幾率的關係S=KlnQ，其中 K為 玻爾茲曼常數。1906年，能斯特提出當溫度趨近於絕對零度 T→0 時，△S / O = 0 ，即“能斯特熱原理”。普朗克在能斯特研究的基礎上，利用統計理論指出，各種物質的完美晶體，在絕對零度時，熵為零（S 0 = 0 ），這就是熱力學第三定律。
熱力學三定律統稱為熱力學基本定律，從此，熱力學的基礎基本得以完備。
