Enerji dönüşümlerini analiz etmek, Termo Dinamik’in omurgasını oluşturur. Bir sistemin dışarıdan aldığı ısı, bu sistemin iş yapmasına veya iç enerjisini artırmasına neden olur. Ancak bu dönüşüm süreci tamamen verimli değildir. Her zaman bir miktar enerji, geri kazanılamayacak şekilde dağılır. Bu kayıp enerji genellikle entropi artışı olarak değerlendirilir. İşte bu noktada, enerjinin sadece miktarı değil, kalitesi de önem kazanmaya başlar.

Bir enerji formunun diğerine dönüşmesi sürecinde sistemin davranışları detaylı biçimde incelenir. Bir buhar motorunun çalışması, elektrikli ısıtıcının enerji kullanımı veya bir pilin kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürmesi gibi örneklerde, enerji aktarımının doğrultusu ve biçimi kritik rol oynar. İş üretimi söz konusu olduğunda, sistemin iş yapabilme kapasitesi, o sistemin termodinamik özelliklerine bağlıdır. Bu nedenle enerji sadece varlığıyla değil, dönüştürülebilirliğiyle de anlam kazanır.

Isı, doğası gereği yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa doğru akar. Bu yönelim, enerjinin kullanılabilirliğini sınırlar. İş ise yönlü enerji transferidir; belli bir amaç için yapılan enerji hareketidir. Sistemin iş yapabilmesi için çevresiyle olan ilişkisi ve iç yapısı belirleyici olur. Enerji kayıplarının çoğu bu süreçlerde ortaya çıkar. Yani, enerji sistemlerinde verimliliği artırmak için bu dönüşümlerin doğasını çok iyi anlamak gerekir.