علوم حرارتی به کاربرد قوانین اساسی ترمودینامیک و انتقال حرارت در طراحی، تحلیل، و بهینه‌سازی سیستم‌های انرژی می‌پردازد. در این علوم، از روش‌های تجربی، محاسباتی، و تحلیلی، برای مطالعه‌ی پدیده‌های حرارتی در کاربردهای متنوع مهندسی مانند نیروگاه‌ها، توربین‌های باد، سیستم‌های تهویه مطبوع، احتراق، سیستم‌های پیشرانش، موتورهای احتراق داخلی، و انرژی خورشیدی استفاده می‌شود.