冷熱的概念自古已有，但定量表示卻是很晚的事。
早在戰國時期，我們的祖先已知從水的結冰來推知氣溫下降的程度。漢代初年有一種“冰溫度計”，按文獻記載，“睹瓶中之冰而知天下之寒暑”，意思是說：觀察瓶裏冰的融化或增厚，就可知氣溫的變化。
古人也知道利用光的顏色判斷溫度的高低，“爐火純青”
就是形容爐溫已經達到最高點，火焰從紅色轉成青色的意思。
最早有意識地依靠熱脹冷縮來顯示溫度高低的是16世紀的幾位科學家，其中有著名物理學家伽利略。他發明了第一支溫度計，時間大約是1593年。據他的學生描述，有一天，伽利略取一個雞蛋大小的玻璃泡，玻璃泡接到像麥稈一般粗的玻璃管上，管長約半米。用手掌將玻璃泡握住，使之受熱，然後倒轉插入水中，等玻璃泡冷卻後，水升高約二三十厘米。伽利略用水柱的高度表示冷熱程度，測量了不同的地點、不同時間、不同季節的相對溫度。
伽利略曾經學過醫學，顯然他是想利用這個溫度計來測量人的體溫。但他的溫度計有一個重大缺點，就是大氣壓會對水柱高度產生影響，而且溫度計插在水盆裏用很不方便。
法國化學家雷伊將伽利略的溫度計作了一點改進，他把玻璃泡調頭放在下方，從上麵灌進一定量的水，於是溫度計可以攜帶了。但水會蒸發，溫度仍然不很可靠。不久，在意大利出現了把酒精或水銀密封在玻璃泡中做成的溫度計。為了表示溫度的高低，在玻璃管上標有刻度，管子太長，就做成螺旋狀。當時也發明了一種彎管溫度計。可惜，刻度沒有統一標準，不適於推廣使用。
德國的格裏克在1660～1662年間創製的溫度計頗為壯觀。儀器高達20英尺（約6米），由一個中空的大銅球殼及一細長的U形銅管構成，管中灌有一定量的酒精，開口端的液麵上漂移著一銅箔杯，杯子通過繩經滑輪吊著一個小天使，從小天使的升降指示氣溫的高低，刻度上標明“大熱”……“大冷”等字樣。
通過實踐，科學家們逐漸認識到，為了有效地測量溫度，必須選取某些溫度作為標準點。惠更新推薦水的冰點和沸點作為標準。玻意耳認為冰點會隨緯度改變，建議用大茴香油的凝固點作為標準；牛頓則選用融雪溫度和人體溫度作為溫標，並將這中間分成十二等份；1703年，丹麥學者羅默（1644～1710）則選用冰、水和食鹽的混合溫度作為零點，因為這是當年所能達到的最低溫度。
德國人華倫海特（1686～1736）從羅默的工作得到啟發，也研究了溫度標準。1714年，他用水銀代替酒精作為測溫物質，於是就有可能利用水的沸點。他做了許多實驗研究水的沸騰，認識到水的沸點在大氣壓一定的條件下是固定的，不同的大氣壓下，沸點會有所改變。他把結冰的鹽水混合物的溫度定為0°，以健康人的體溫為96°，中間的32°正好是冰點，後來又確定水的沸點為212°，這就叫華氏溫標，以表示。
華倫海特的工作推動了精確溫度計的發展，在歐洲大陸，他的溫度計使用很普遍。
瑞典天文學家攝爾薩斯，（1701～1744）1742年創製的溫度計是在水的冰點的沸點間分100等份。不過，他為了避免冰點以下出現負溫度，定冰點為100°，沸點為0°，和現行的攝氏溫標（以℃表示）正好相反。我們現在的攝氏溫標是1743年法國人克利斯首先采用的。從伽利略到攝爾薩斯，大約經過了180年，在這些漫長的歲月裏，溫度計幾經滄桑，逐漸完善。
有了溫度計，沒有溫度標準和分度規則也是不行的。而溫度標準則有待於物態變化的研究。所以，溫度計的發展曆經這麼長的時間。而一旦建立了完善的測溫術，熱學的實驗研究也就蓬勃地展開了。