Классическая термодинамика, или термостатика, — это основание всей термодинамики.
Начало ее было положено работой французского инженера и физика Н. Карно «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать силу» (1824). Классическая термодинамика изучает только предельные, равновесные состояния тел и процессы обмена энергией и веществом (с позиций обмена энергией) между телами как последовательную смену таких состояний. Теоретически дачные процессы должны происходить бесконечно медленно, а практически — достаточно медленно. Дальнейшее развитие классическая термодинамика получила в работах Б. Клапейрона, Р. Мейера, В. Томсона, Р. Клаузиуса, М. Планка, Дж. Гиббса и др.
Понятия классической термодинамики разработаны на основе феноменологического подхода и закреплены идеями развившегося впоследствии системного подхода.
Любой объект исследования термодинамики как науки, изучающей движение и изменение с энергетических позиций, носит название термодинамической системы, которую выделяют из окружающей ее среды с помощью замкнутой контрольной граничной поверхности. Изучаются изменения внутреннего состояния термодинамической системы. Величины, характеризующие внутреннее состояние системы, принято называть параметрами состояния или просто параметрами. К ним относятся удельный объем, температура, давление, концентрация, химический потенциал и др.
Количественные соотношения между параметрами, имеющие вид уравнений, носят название уравнений состояния термодинамической системы. Они найдены для газов, но для многокомпонентных гетерогенных грунтовых систем установить их чрезвычайно сложно вследствие необходимости учета действия сил межмолекулярного притяжения и невыясненности методов усреднения их по мезообъемам.
Изменение состояния термодинамической системы всегда связано с переходом внутренней энергии или массы вещества через контрольную граничную поверхность, а также с перемещением (расширением или сжатием) самой этой поверхности, в результате которого совершается работа системы над внешней средой. Изменение количества внутренней энергии в термодинамической системе всегда равно алгебраической сумме количеств тепла и работ (разного вида), фиксируемых через контрольную граничную поверхность. Об этом гласит так называемое первое начало термодинамики, тождественное закону сохранения энергии. Этот закон универсален, применим как к равновесным и обратимым процессам, так и к неравновесным и необратимым.
В физической геокриологии большое применение находят характеристические функции, или термодинамические потенциалы, такие, как энтальпия, свободная энергия и свободная энтальпия (энергия Гиббса). Применение, например, свободной энергии связано с тем, что при изотермических процессах работа совершается за счет ее убыли. Изменение энтальпии обычно равно теплу, подведенному к системе в условиях постоянного внешнего давления. Убыль же энергии Гиббса при изометрически-изобарных процессах в сложных системах равна работе системы против действующих на нее немеханических сил. Все эти функции принципиально могут быть использованы также для получения уравнений равновесного состояния многокомпонентных систем.