熱力學是一個涉及能量和其轉(zhuǎn)化的學科，其原理也廣泛用于發(fā)酵系統(tǒng)的分析。
熱力學第一定律為能源守恒定律，即能量既不會憑空產(chǎn)生也不會消失。因此，可以認為能量進入一個系統(tǒng)后只有兩條出路：一是儲存起來；二是流出此系統(tǒng)。發(fā)酵工藝中的主要能量輸入是發(fā)酵基質(zhì)的有機分子，當這些分子被微生物分解時，能量可轉(zhuǎn)化為微生物機體或以熱釋放到周圍環(huán)境中。由此可見，有機物分解產(chǎn)生的能量推動了堆肥化進程，使溫度升高，同時還可干燥濕基質(zhì)。實際上也正好可以使微生物繼續(xù)獲得能量對周圍有機質(zhì)進行分解。
熱力學第二定律則提出了熱量的散失方向，即對于所有獨立系統(tǒng)來講，其熵的變化總是向著無序增加的狀態(tài)進行。發(fā)酵過程中始終伴隨這熱量的散失，熱量一旦損失，就不可逆轉(zhuǎn)，必須靠微生物進一步利用有機碳源來獲得能量。
有機物分解產(chǎn)生的熱量使發(fā)酵混合物的水、氣和固體基質(zhì)溫度升高，也驅(qū)動了水分隨氣體排出而蒸發(fā)。由于堆垛溫度比周圍環(huán)境溫度要高，熱量會從暴露于空氣的堆體表面散失。堆垛的隔離效應一定程度上可限制熱傳導，并減少了熱損失。條垛或堆體在機械攪拌下也會產(chǎn)生熱量損失。
