Thermodynamik beschreibt Energie- und Stoffumwandlungen in Systemen und bestimmt das Gleichgewicht von Phasen, chemischen Reaktionen und Fehlstellenpopulationen in Werkstoffen. Zentral sind Zustandsgrößen (z.B. freie Enthalpie, Entropie), Zustandsfunktionen und Potentiale, die Triebkräfte für Phasenumwandlungen, Diffusion, Ausscheidung und Korrosionsprozesse liefern. Thermodynamische Datenbanken und CALPHAD-Methoden sind Kernwerkzeuge der Werkstoffentwicklung.