17世紀中後期, 許多發明家研製出多種多樣的溫度計, 有的還標有刻度。但是，他們顯示溫度變化的標準不統一。一杯熱水可能在一種溫度計上顯示 “32度”, 而在另一種溫度計上顯示 “115度” 。
首先認識到需要統一溫度標準（簡稱：溫標）是17世紀後期的英國物理學家玻義耳。他的助於胡克做過許多實驗, 他把玻璃管浸泡在剛剛冷凍結冰的蒸餾水中, 將此時玻璃管內酒精液柱的位置定為0度, 再根據酒精液柱的上升程度分度。
此後, 包括牛頓在內的許多科學家都研究過溫標的問題。
1714年, 德國物理學家華倫海特做了一支帶有刻度的水銀溫度計。他選擇了三個固定點: 1. 冰、水和氯化銨混合物的溫度, 定為0度; 2. 冰、水混合物的溫度, 定為32度; 3. 人體的溫度, 定為96度。後來，他又把水在標準大氣壓下的沸點作為一個固定點，定為212度。這就是今天西方國家常用的華氏溫標(以° F表示)。在華氏溫標中, 水的沸點是212度(表示為212° F)。
法國的列奧彌爾在1730年創設了——列氏溫標, 他在水的冰點和沸點之間劃分為80份。這是因為他注意到：標準濃度的酒精在水的冰點和沸點之間體積從1000單位膨脹到1080單位。他的溫標每度所代表的溫升相當於酒精原始體積平均膨脹了千分之一。
1732年瑞典天文學家攝爾斯提出百分溫標。他設兩個固定點: 水的沸點定為0度, 冰點定100度。兩者之間分為100個溫點。這就是現在普遍採用的百分溫標（即攝氏溫標, 以℃表示), 但現代溫度計將原設計的溫標顛倒了過來: 取水的冰點為0度，水的沸點為100度。這一顛倒, 使溫標顯示與人們的習慣認識相符合, 更方便使用。這是1743年由法國里昂的克里斯廷首先提出的。
但不論是華氏溫標、列氏溫標還是攝氏溫標，都是以測溫物質的性質確定的, “經驗性溫標”在科學性和理論性上有一定缺陷。
英國物理學家威廉· 湯姆遜(後因諸多科學成就而被冊封為開爾文勳爵, 故又名開爾文)根據熱力學第二定理和卡諾熱循環理論, 於1848年提出絕對熱力學溫標(簡稱絕對溫標, 又稱開氏溫標，以° K表示)。絕對溫標與測溫物質的性質無關, 因而它是一種基本的科學的溫標。
兩個熱力學溫度的比值是用兩個溫度之間工作的可逆熱機與熱源所交換的熱比值來表示的。但只給出比值還不夠, 1954年國際計量大會決定把水的三相點的熱力學溫度規定為273.16°K。1K就是水一相點的熱力學溫度的 1/273.16倍, 而溫標的零點在水的三相點以下273.16°K處, 即-273.16°K。這樣一來, 熱力學溫標就確定了。為紀念湯姆遜對此的貢獻, 後人以其封號“開爾文”作為溫標單位。
目前, 華氏溫標在歐美使用非常普遍, 攝氏溫標在亞洲使用較多, 列氏溫標僅在法國和德國的部分場合使用，而在科學研究中多使用絕對溫標。
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