วิทยาศาสตร์ความร้อนเป็นสาขาหนึ่งของการไต่สวนทางวิทยาศาสตร์ซึ่งเกี่ยวข้องกับความร้อนและพลังงานโดยเฉพาะผ่านทางอุณหพลศาสตร์และการถ่ายเทความร้อน วิทยาศาสตร์ความร้อนถูกนำมาใช้ในการใช้งานจริงเช่นระบบทำความร้อนการผลิตพลังงานและการทดลอง วิทยาศาสตร์ความร้อนมักจะถูกมองว่าเป็นสาขาวิศวกรรมเพราะในการใช้งานจริงมันถูกใช้บ่อยที่สุดโดยวิศวกรที่พยายามออกแบบระบบทำความร้อนและพลังงานให้มีความปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้น
วิทยาศาสตร์ทางความร้อนมีลักษณะเป็นอันดับแรกที่อุณหพลศาสตร์ซึ่งเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่รวมเอาตัวแปรหลายอย่างและวิธีที่พวกมันทำปฏิกิริยากับความร้อนหรือพลังงาน อุณหพลศาสตร์ตรวจสอบปฏิกิริยาของอุณหภูมิความดันและปริมาตรภายในระบบเพื่อสร้างความร้อนพลังงานหรือทั้งสองอย่าง การเปลี่ยนแปลงของพลังงานในการแสวงหาพลังงานและความร้อนคือจุดสนใจของอุณหพลศาสตร์ซึ่งหมายถึงการส่งออกพลังงานของอุปกรณ์ว่า "ทำงาน" แรงที่ต้องใช้ในการเคลื่อนย้ายวัตถุ อุณหพลศาสตร์ถูกควบคุมโดยกฎหลายอย่างเช่นเดียวกับสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่
กฎข้อแรกคือมันเป็นไปไม่ได้ที่จะดึงพลังงานมากขึ้นจากระบบมากกว่าที่เป็นอินพุตเพราะพลังงานสามารถถูกแปลงเป็นรูปแบบใหม่ไม่ได้สร้างหรือทำลาย ประการที่สองคือเครื่องจักรทั้งหมดจะสูญเสียประสิทธิภาพระหว่างพลังงานอินพุตและเอาต์พุตในกระบวนการที่เรียกว่าเอนโทรปีซึ่งพลังงานจะสูญเสียไปจริง ๆ กฎเหล่านี้ควบคุมระบบการแปลงพลังงานจากเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำไปจนถึงเครื่องยนต์เบนซินและเป็นส่วนสำคัญของอุณหพลศาสตร์
วิทยาศาสตร์ความร้อนเป็นความพยายามที่จะรักษาสมดุลการถ่ายเทความร้อนและกฎของอุณหพลศาสตร์ในความพยายามที่จะออกมาข้างหน้าเมื่อสร้างพลังงาน วิทยาศาสตร์ทางความร้อนได้รวมเอาสาขาวิชาวิทยาศาสตร์หลายอย่างเข้าด้วยกันซึ่งทั้งหมดเกี่ยวข้องกับพลังงานเนื่องจากนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรทำงานร่วมกันเพื่อใช้พลังงานความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ วิทยาศาสตร์ความร้อนพิจารณาวิธีใหม่ในการสกัดความร้อนป้องกันพลังงานและใช้ประโยชน์ในทางปฏิบัติที่เป็นไปได้มากที่สุด
นักศึกษาด้านวิทยาศาสตร์ความร้อนมีความสนใจในการสำรวจรูปแบบทางเลือกของการสะสมพลังงานรวมถึงการเพิ่มความปลอดภัยของมนุษย์รอบ ๆ ระบบการแปลงพลังงาน เมื่อใช้วิทยาศาสตร์เชิงความร้อนในการใช้งานจริงวิศวกรจะพิจารณาคุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนของวัตถุหรือระบบพลังงานรวมทั้งพยายามกำหนดว่าสมดุลของพลังงานโดยรวมภายในระบบคืออะไร นอกจากนี้วิศวกรยังมองไปที่หลักการของอุณหพลศาสตร์ซึ่งรวมถึงปฏิกิริยาทางเคมีและทางกายภาพนอกเหนือไปจากกฎหมายหลัก
เมื่อใช้ในเชิงทฤษฎีนักฟิสิกส์ที่มุ่งเน้นวิทยาศาสตร์ทางความร้อนมีความสนใจในการสำรวจว่าไฟฟ้าถูกแปลงเป็นอย่างไรและจะปรับปรุงระบบการแปลงพลังงานได้อย่างไร การศึกษาวิทยาศาสตร์ความร้อนในระดับทฤษฎีได้นำไปสู่การแนะนำอุปกรณ์ประหยัดพลังงานจำนวนมากรวมถึงการเพิ่มประสิทธิภาพและความปลอดภัย ในทั้งสองกรณีวิทยาศาสตร์ทางความร้อนกำลังพิจารณาปฏิสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างกระบวนการทางกายภาพและทางเคมีและผลลัพธ์
