工程热物理作为技术学科的基础，涉及多个分支，每个分支都以坚实的理论和应用背景为基础。其核心领域包括能源利用、热机气动热力学、流体机械、传热传质、燃烧学等。
在能源利用方面，工程热力学基础研究引入了分形理论和分子模拟的实用化，致力于节能减排，如余热利用、新型蓄能技术和热声技术的发展。能的综合梯级利用理论和分布式能源系统的研究，推动了化石燃料与太阳能的互补利用创新。
在热机气动热力学与流体机械领域，三维粘性计算流体动力学被广泛应用于航空发动机设计，研究重点转向全三维、非定常设计。未来，燃气轮机的科学技术发展将关注叶轮机械内部复杂流场和冷却技术的优化设计。
传热传质方面，超快速激光加热技术和微纳科技拓展了导热和对流传热的研究，尤其在微尺度下的热电转换和复杂环境下的对流换热研究中取得进展。
燃烧学则聚焦于完善燃烧化学动力学和污染物形成机理的研究，同时应用精确数值模拟替代实验。在多相流领域，两相流研究深入，三相流初步展开，单相湍流模拟方法逐渐应用于多相流研究。
尽管我国工程热物理学科在一些领域已具有国际竞争力，如热力循环和风能利用，但整体上与世界先进水平仍有差距，体现在技术研发与理论研究、实验设备与测试手段以及温室气体控制等交叉领域研究的不足。
工程热物理学是一门研究能量以热的形式转化的规律及其应用的技术科学。它研究各类热现象、热过程的内在规律，并用以指导工程实践。工程热物理学有着自己的基本定律：热力学的第一定律和第二定律、Newton力学的定律、传热传质学的定律和化学动力学的定律。作为一门技术科学学科，工程热物理学的研究既包含知识创新的内容，也有许多技术创新的内容，是一个完整的学科体系。