Открытие закона сохранения энергии (он же принцип эквивалентности теплоты и работы). Открытию закона способствовало несколько направлений научной мысли: экспериментально-эмпирическая (Дж.Джоуль), натурфилософская (Ю.Майер) и теоретико-физическая, или математическая (Г.Гельмгольц).
Математизация теории теплоты С.Карно, которая была проведена Б.Клайпероном (1799-1864), а затем ее объединение с концепцией сохранения энергии Р.Клаузиусом и В.Томсоном в 50-е годы XIX в., завершило создание классической термодинамики - системной теории, в которой физические величины (энергия, температура, давление, энтропия и т.д.) ставятся в соответствии не только с пространством, но и с пространственно протяженными системами.
Разработка основ кинетической теории газов и статической механики. Это направление первоначально шло параллельно с первым, но с выходом на использование теории вероятностей оно становится самостоятельным направлением, давшим вероятностную трактовку второго начала термодинамики и обоснование кинетического уравнения (Л.Больцман, 1844-1906).