Termodinamičko inženjerstvo je primjena termodinamičkih principa na probleme inženjerskog projektiranja. Sveučilišta imaju termodinamička specijalizirana područja unutar odjela za strojarstvo na svojim fakultetima. Termodinamičko inženjerstvo može se odnositi na industrijske termodinamičke primjene u području strojarstva, koje se također naziva termodinamičko procesno inženjerstvo.
Termodinamika koristi visoko definirana pravila za modeliranje prirodnih i eksperimentalnih energetskih događaja. Zakoni termodinamike navode sljedeće: definicija temperature i toplinskog toka, da se energija ne može stvoriti ili uništiti, da se male količine izvorne energije sustava uvijek gube iz jednog stanja u drugo i da temperatura pada , mora biti izgubljena odgovarajuća količina toplinske energije. Tehnike razvijene u znanosti o termodinamici pomažu inženjerima da uračunaju promjene tlaka, volumena i temperature u bilo kojem broju primjena i polja studija.
Fakultetski kolegij iz inženjerske termodinamike obično je dio diplomskog programa u okviru smjera strojarstva koji vodi do magisterija ili doktorata. Preddiplomski kolegiji poput mehanike fluida, termodinamičkih sustava i motora s unutarnjim izgaranjem dovode do složenijih studija. Diplomski kolegij može se sastojati od primijenjene matematike, statističke i ravnotežne termodinamike, plinske dinamike, dinamike fluida, pretvorbe energije, dinamike energije i izgaranja.
Industrije termodinamičkog inženjerstva dizajniraju, testiraju i razvijaju proizvode koji zahtijevaju ograničenja tlaka, temperature i volumena. Zrakoplovne tvrtke bave se primjenom termodinamičkih principa u projektiranju i konstrukciji raketnih sustava. Tvrtke za kontrolu onečišćenja zraka, termičku obradu i opremu za električnu energiju primjenjuju principe termodinamičkog inženjeringa u projektiranju i testiranju spalionica, pročistača, filtera, peći, sušara, peći i kotlova. Druge tvrtke za termodinamički inženjering dizajniraju i proizvode ispitne uređaje, kao što su komore za okoliš s pećnicama i hladnjacima za ispitivanje toplinske tolerancije materijala, te termoelementi za očitavanje i povratnu informaciju o promjeni ispitnih temperatura.
Tradicionalne energetske industrije, kao što su elektrane na ugljen i atomska energija, primjenjuju termodinamičke principe u velikim razmjerima. Zelena revolucija koja potiče alternativne i čiste izvore energije, kao što su pasivna solarna, aktivna solarna energija, voda, vjetar i električna energija, zahtijeva termodinamičke inženjerske vještine za izračunavanje energetskih bilanca u sustavima izmjene za grijanje, hlađenje i pokretanje električnih mreža za stanovanje i industriju . Kemijsko termodinamičko inženjerstvo uzima u obzir sustave koji doživljavaju promjenu stanja u različitim poljima kao što su proizvodnja čelika i proizvodnja čestica nano veličine u dizajnu inteligentnih materijala.