人類生活在自然界中，冷熱現象是他們最早觀察和認識的自然現象之一。在熔煉金屬、燒製陶瓷等生產活動中，人們也積累了許多有關熱的知識，但在溫度計發明之前，古代人關於冷熱的觀察、認識與實踐，隻是停留在定性的階段，尚沒有定量的概念。現代的熱學，已是研究物質處於熱狀態下有關性質和規律的物理學分支學科。它是古代人的熱學知識發展的必然。
摩擦取火以及對熱本質的認識
在上古時代，除了太陽，火是人的唯一的熱源。在原始社會時期，人們已經學會利用火，發明了鑽木取火。用兩條木片，使其中的一端與另一條快速摩擦，在摩擦點附近放上易燃物，摩擦產生高溫，甚至拚出火星，易燃物即著火。史籍記載，這個方法是由原始社會初期的燧人氏發明的，故稱“燧人氏鑽木取火”。通過鑽木取火，人們在春秋戰國時期懂得了一條熱學的基本規律，這就是《莊子“外物》中說的：“木與木相摩則燃”。
古代人還發現其他種種摩擦取火的方法。用石塊與石塊碰撞發火，這種方法至今在比較落後的農村仍然被一些抽旱煙的老人所采用。摩擦竹片也能發火。以一片竹瓦（竹筒一破為二，似瓦狀）覆蓋紙灰，在其本穿一小孔，以另一竹片通過小孔往來摩擦，“三四回，煙起矣。十餘回，火落孔中，紙灰已紅。”從鐵器時代開始，人們發現鐵與石相碰擊或刮摩能發火，人們稱它為火石鐮、鋼鐮。還有陽燧取火，在光學中已敘述過了。
我國少數民族發明了不少取火的工具，其中景頗族的取火器，看起來簡單，道理卻很深奧。這種取火器用牛角作外套筒，木製推杆。杆前端粘薄艾絨。取火時，一手握住套筒，一手猛推杆入筒「並隨即將杆拔出，艾絨即燃。用口吹艾絨，火苗立刻就產生。顯然，在矽世紀以前，任何一個民族，都不知道熱力學中的絕熱壓縮過程。在這個過程中，係統不與外界發生任何熱交換，由於急速壓縮，體積急速發生變化，才使整個係統的溫度急速升高，以至達到燃點。景頗族的祖先以他們的聰明才智，在熱力學誕生之前很久很久，就在實踐中發明了絕熱壓縮原理的取火器。這種取火器通過東南亞傳到歐洲，被稱為“活塞式點火器”。
唐朝時人們發明了原始的火柴。聰明的人把杉木削成小片，像紙一樣薄，將硫橫塗在木片的端點，當它與熱灰燼或高溫的物體接觸時，立即就著火。到了宋代，市場上就開始成批出賣，叫做“火寸”、“發燭”、“粹兒”，又叫“引火奴”。近代的火柴是以摩擦使火柴頭上的藥料生火，而它的祖先是接觸熱灰燼發火。從鑽木到火石鐮，再到火寸，是古代熱學技術不斷進步的表現。
除了發明種種起火方法以外，古人也發現了各種自然現象。張華說：“積油滿萬石，則自然生火。”他還說，生石灰遇水澆，也能有火焰或冒煙。宋代人把這些總結成：“油絹紙、石灰、麥糖、馬矢類草，皆能發火。”
中國古代很早就發現並利用了高溫燃料，如煤炭、石油、天然氣等。
人類的生活，一方麵需要火，需要高溫，另一方麵又需要冰，要降溫。西周初期，我國古人就開始利用冰塊冰凍食物。還有一首民歌描述了當時冬日采冰的情形：“十二月鑿冰衝衝響，正月抬冰窖裏藏，二月取冰來上祭，獻上韭菜與羔羊。”詩人屈原在其《賦.招魂》中寫道：“冰凍甜酒，滿杯進口真清涼”。當時人們還製作了一種專置冰夢與食品的“冰鑒”、即冰盒或冰櫃之類的東西。古人在盛夏之日還將水潑到屋頂，用以降溫，在養蠶屋的門口放幾桶新打來的井水，“以便生涼氣”等等，這都已有很久的曆史了。’
熱究竟是什麼？在17世紀西方有一種“熱素說”，到了18世紀才由著名的物理學家本傑明 湯姆森從鑽大炮孔的摩擦實驗中得出了熱是運動的結果。而古代中國對這兩種說法皆有。南唐潭峭在其《化書》中寫到：“動靜相摩，所以生火也”。他的思想影響到清代的鄭光祖，使其在《一斑錄》中說：“火因動而生，得木而燃。”古人從鑽木取火的經驗中得出的這個結論是科學的，與湯姆森的科學結論完全一致。
熱脹冷縮與物態變化
熱脹冷縮現象在古代得到很好的應用，我們在第一章裏已經介紹了古人在製作度量衡時采用銅器比鐵器多的原因是考慮到物態的變化因素，也談到水的三態變化與溫度的關係。
我國著名的都江堰是戰國古人李冰設計開鑿的，他在開鑿過程中，就曾利用熱脹冷縮的原理打碎攔路的巨石。都江堰的兩岸懸崖，巨石堅硬，鑽斧具是無可奈何的。李冰就先在石頭上放一堆柴草燒，使巨石熾熱，然後用冷水澆，於是可鑿。東漢時期，成都的太守虞詡在水利工程中也用了同樣的方法。