自己重力系に対する熱力学。通常の熱力学とは違う性質が現れる。たとえば自己重力系では熱を放出すると、収縮し重力が強くなってさらに収縮が進み、そのため温度が上がる。すなわち見かけ上、比熱が負となる。断熱壁に囲まれた自己重力ガス系やN 体系は、重力の影響が強くなると熱平衡状態は不安定になる。これを重力熱力学的不安定という。重力系ではブラックホールも考慮の対象になるが、ブラックホールはホーキング放射として（シュバルツシルトブラックホールの場合）その質量に反比例した温度の黒体放射を放出し、莫大なエントロピーを持っていることが知られている。
こうしてブラックホールも熱力学的対象となり、ブラックホールの熱力学を議論することができる。