熱工学は熱に関連する学術，技術に関する学問分野である．物質を構成する分子，原子，または電子は不規則に運動しており，その運動のエネルギーがほかの分子，原子，または電子へ移動するとき，そのエネルギーを熱と呼ぶ．このため，分子または原子の不規則運動のことを熱運動と呼び，そのエネルギーを熱エネルギーと呼ぶこともある．すべてのエネルギーは最終的には分子または原子の不規則運動のエネルギーに変わってしまうので，熱工学においては，熱エネルギーだけでなく，仕事や化学エネルギーなどエネルギーに関するさまざまな問題も取扱う．熱工学で取扱う分野には，熱力学，伝熱学，燃焼，エネルギー変換，熱物性などがある．熱力学では，熱と仕事の関係，物質の状態変化とその方向，熱サイクルなどが取扱われ，伝熱学では熱と物質の移動に関することが，燃焼では物質の変化の方向とその程度が，エネルギー変換では異なるエネルギー間での変換の方法とその効率が，熱物性は物質の熱的性質と熱・物質移動の性質が取扱われる．