La energía mecánica puede transformarse íntegramente en calor, pero el proceso contrario, es decir, la conversión del calor en la energía mecánica equivalente, es absolutamente imposible. Para obtener trabajo a partir del calor es preciso disponer de dos cuerpos a temperaturas diferentes de modo que aquél se traslade de uno a otro. Así, el condensador y la caldera de una máquina de vapor eficaz se mantienen a distinta temperatura. Incluso en la máquina térmica más perfecta imaginable parte del calor pasa al condensador y únicamente el resto puede convertirse en trabajo. Este hecho indujo a Lord Kelvin a definir su escala absoluta de temperatura, mediante relaciones puramente energéticas, con total independencia de las propiedades termométricas de cualquier sustancia determinada, como el mercurio. Cuando una máquina térmica produce todo el trabajo teóricamente posible, trabajando entre dos temperaturas dadas de la caldera y del condensador, dichas temperaturas están en la misma relación que la cantidad de calor producida por la caldera y la absorbida por el condensador durante un ciclo completo de funcionamiento. La teoría señala la total ausencia de calor en el transformador, si todo él se transforma en trabajo. Este cero absoluto corresponde a los — 273°C.
Esta escala absoluta concuerda muy bien con la construida a base de la ley de dilatación de los gases. Añadiendo 273°C a la temperatura centígrada se obtiene el valor correspondiente en la escala absoluta, que se expresa en grados Kelvin, °K. Si T es la temperatura absoluta y P y V la presión y el volumen respectivamente de una masa de gas, la relación PV/T resulta ser muy aproximadamente una constante, llamada R, que, empleando unidades coherentes, tiene un valor específico para cada gas (29,27 para el aire seco). En la fórmula PV = RT, válida para un mol de gas, si T se hace igual a 273 °K, es decir, 0°C, y P a 760 mm de columna de mercurio, resulta para V, volumen molecular, un valor de 22,4 litros.
