تطبيقات الديناميكا الحرارية القصوى عديدة ومتنوعة، ومن أهم هذه التطبيقات:
1- تصميم الآلات الحرارية مثل المحركات الحرارية والتوربينات البخارية والمكائن الحرارية والثلاجات والمكيفات والمراجل.
2- دراسة النظم المادية المتفاعلة، مثل استخدام مفاعلات التفاعل الحراري في صناعة البتروكيماويات، وكذلك في دراسة عمليات الصهر والدباغة والتلدين.
3- دراسة النظم البيولوجية، مثل أثر درجات الحرارة المختلفة على بقاء الكائنات الحية وعمليات التفاعلات الحيوية.
4- إنتاج الطاقة، مثل استخدام مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية والرياح والطاقة الحرارية.
5- دراسة الكواكب، مثل دراسة الأحوال الجوية والزلازل ونشاط المواد البركانية ، ودراسة الظروف التي يمكن بها العيش على كواكب أخرى.