热力学第一定律（即能量转化下守恒定律在热学上的表示）指出各种形式的能量在相互转化的过程中必须满足量的守恒关系，并没有对质的转化过程有任何限制，磨擦生热等现象很容易做到，但是要把热转化为功却并非都能实现。能否把炎热的夏天大气中的一部分动能转化成有用的功，从而可以使闷热的空气变得凉爽些呢？这个过程在能量上是守恒的，但是却不能实现。
　　法国工程师卡诺在1924年出版的《关于火的动力的研究》一书中，对循环操作进行了考虑，认为任何热机都是循环机，即一种工作物质在经过一系列变化后回到了它的初始状态。卡诺研究了有加热器和冷凝器的理想的循环机。他提出了可逆性原理，根据这个原理，热可以从冷凝器中取出并以耗费相等的功还回热源。他断定没有一种动力会比可逆机有更大的效率。当时他相信热质守恒学说。他类比水的动力取决于水的数量和它所落下的高度，认为热的动力取决于热质的数量和热源与受热器之间的温度差。但是几年以后，卡诺开始相信热质说是虚妄的。他长时间未能发表的晚期著作表明，他最终承认热的动力学理论的正确性。此外，他已经掌握了能量守恒原理和对热的机械当量的足够精确的估价;"热——这不是另外的东西，而是一种动力，是改变了自己形式的运动；这是物体粒子的运动。在产生的动力消失这种情况的地方，同时也产生了在数量上与这消失着的动力成比例的热量。相反，在热量消失的地方就有动力产生。”
　　克拉珀龙强调了卡诺1824年著作的重要性，并于1834年发表了卡诺的思想，还引入在热力学研究中十分宝贵的图示法。
　　在发现能量转化和守恒定律，并确立了热的唯动说后不久，德国物理学家克劳修斯重新审查了卡诺的工作，根据热传导总是从高温到低温而不能反过来这一事实在1850年的论文《论热的动力和由此得出的热学理论的普遍规律》中提出了热力学第二定律，即热量不能自动地从低温物体转移到高温物体上去。
　　1851年英国物理学家汤姆生即后来的开尔文勋爵也独立地从卡诺的工作中发现了热力学第二定律。他对第二定律所作的表述如下：不可能从单一热源取热使之为有用的功而不产生其他影响，开氏的说法可简化为：第二永动机是不可能造成的。
　　热力学第二定律的两个说法表面上虽然很不相同，在实质上是等效的，违反了克氏说法，就必然要违反开氏说法，由此可以推论，承认了开氏说法，克氏说法也就必然成立.
　　这一定律在一切发生热的传递现象上都能应用。如热的对流现象就可用这一定律来解释，热力学第二定律和热力学第一定律一起构成了热力学的主要理论基础。汤姆生、克劳修斯和兰金很成功地发展了热力学这门科学。