熱學作為物理學的一個分支，專注于研究物質在熱狀態下的性質和規律。它源于人類對冷熱現象的長期探索。考古證據表明，在中國山西芮城西侯度的舊石器時代遺址中，大約180萬年前，人類已經使用火，顯示出對熱現象的基本認識。而早在公元前二千年，中國已有氣溫異常的記載，西方在公元前也出現了早期的熱學理論。如中國戰國時期的鄒衍提出了五行學說，將水、火、木、金、土視為萬物之源，這反映了當時對自然界的基本理解。1714年，華倫海特改良了水銀溫度計，制定了華氏溫標，為熱學研究提供了標準化的測量工具，使其進入了實驗科學階段。經過兩個世紀的努力，直到1912年能斯脫提出熱力學第三定律，人們才對熱的本質有了正確的認識，逐步構建了熱學的科學理論框架。歷史上，對熱的認識存在兩種對立的觀點。18世紀時，熱質說認為熱是一種不生不滅的流質，物體含有的熱質越多，溫度越高。而羅蒙諾索夫則提出，熱是分子運動的表現，這與熱質說形成了鮮明對比。為了解釋摩擦生熱的現象，許多科學家進行了各種實驗，其中朗福德的實驗尤為突出。他用鈍鉆頭鉆炮筒，通過鉆頭與炮筒內壁的摩擦，幾乎未產生碎屑的情況下使水沸騰，這一實驗有力地反駁了熱質說。隨后，焦耳通過一系列實驗，證明了熱與大量分子的無規則運動相關，從而確立了能量守恒定律的實驗基礎。隨著實驗技術的進步，熱學的兩類實驗技術——測溫術和量熱術得到了發展。這些技術的進步為熱學理論的發展提供了堅實的基礎。熱學研究涵蓋了廣泛的領域，包括熱現象的宏觀描述和微觀解釋。熱力學是熱學的宏觀理論，基于實驗規律；而統計物理學則是微觀描述方法，通過物理簡化模型和統計方法，找出微觀量與宏觀量之間的關系，為理解熱現象提供了更深入的視角。