热力学是一个涉及能量和其转化的学科，其原理也广泛用于发酵系统的分析。
热力学第一定律为能源守恒定律，即能量既不会凭空产生也不会消失。因此，可以认为能量进入一个系统后只有两条出路：一是储存起来；二是流出此系统。发酵工艺中的主要能量输入是发酵基质的有机分子，当这些分子被微生物分解时，能量可转化为微生物机体或以热释放到周围环境中。由此可见，有机物分解产生的能量推动了堆肥化进程，使温度升高，同时还可干燥湿基质。实际上也正好可以使微生物继续获得能量对周围有机质进行分解。
热力学第二定律则提出了热量的散失方向，即对于所有独立系统来讲，其熵的变化总是向着无序增加的状态进行。发酵过程中始终伴随这热量的散失，热量一旦损失，就不可逆转，必须靠微生物进一步利用有机碳源来获得能量。
有机物分解产生的热量使发酵混合物的水、气和固体基质温度升高，也驱动了水分随气体排出而蒸发。由于堆垛温度比周围环境温度要高，热量会从暴露于空气的堆体表面散失。堆垛的隔离效应一定程度上可限制热传导，并减少了热损失。条垛或堆体在机械搅拌下也会产生热量损失。
