نظرًا لأن العالم المادي معقد للغاية ، فمن المستحيل فعليًا وصفه بدقة. حتى لو كان الأمر كذلك ، فإن مثل هذه الأوصاف التفصيلية ستكون مرهقة للغاية للأغراض الهندسية. أحد أهم إنجازات علوم الهندسة هو تطوير نماذج من الظواهر الفيزيائية التي ، على الرغم من أنها تقريبية ، تقدم وصفًا دقيقًا بدرجة كافية ووسيلة قابلة للحل. مثال نيوتن لعلاقة القوة بالكتلة والتسارع مثال على ذلك. على الرغم من أنه لا يمكن تطبيقه عالميًا ، إلا أنه في نطاق تطبيقه دقيق ومفيد للغاية.

غير أن النماذج في حد ذاتها ذات قيمة ضئيلة ما لم يكن بالإمكان التعبير عنها بمصطلحات رياضية مناسبة. توفر التعبيرات الرياضية للنماذج المعادلات أو القوانين الأساسية التي تسمح للعلوم الهندسية بتفسير الظواهر الطبيعية أو التنبؤ بها. يقدم القانونان الأول والثاني للديناميكا الحرارية ومعادلات معدل نقل الحرارة أمثلة ذات صلة هنا. سنناقش في هذا النص استخدام هذه المفاهيم والنماذج والقوانين في وصف وتصميم وتحليل النظم الحرارية في المباني وصناعات العمليات.