あたたかさの異なる二つの物体Ａ，Ｂを接触させると両者の状態が変化するが、十分に時間がたてばこの変化は停止する。 これを熱平衡という。 様々な実験結果から以下の重要な自然法則の一つが導かれた。

熱力学の第ゼロ法則

物体Ａ，Ｂ，Ｃがあり、Ａ，Ｂが熱平衡で且つＡ，Ｃが熱平衡であれば、Ｂ，Ｃもやはり熱平衡である。

これは、決して自明なことではない。

熱力学の第ゼロ法則によって物体Ａを基準として温度計をつくることができる。 つまり、互いに熱平衡にある二つの物体に共通な量として温度という概念を定義する。 温度計としてはいろいろあるが、たとえば水銀温度計は水銀の体積変化を利用したもので、1atmのもとで水の氷点を0℃、とし水の沸点を100℃としたのが摂氏温度計である。 このように定めた温度は経験温度といい、後に述べる熱力学的に定義される絶対温度とはことなる。
温度とは互いに熱平衡にある物体に共通に表される物理量である。 このような量として分子の熱運動エネルギー、特に分子の並進運動エネルギーの平均値を採り上げることができ、温度Tを次のように定義する。

T=(1/K)(2/3)・(1/2)mv²
 =(1/k)(1/3)mv²

mは分子の質量、vは並進運動の速さであるが、これらは平均値である。 定数kか温度Tのいずれかの目盛りを決めれば、他方が決まる。 また、この式では、温度Tは負になりえない。 熱力学的に最低温度を絶対零度(0K)とし、また、水の三重点を273.16Kと決め手温度目盛を定義する。 このとき、二つの温度の温度差は摂氏温度と定義上一致する。 尚、このように定めると温度定数kを次のようになる。

ボルツマン定数

k=1.380658 × 10^-23 J/K