trzecie prawo termodynamiki
w 1905 roku Nernst został mianowany profesorem i dyrektorem drugiego Instytutu chemicznego na Uniwersytecie w Berlinie oraz stałym członkiem Pruskiej Akademii Nauk. W następnym roku ogłosił swoje twierdzenie o cieple, czyli trzecie prawo termodynamiki. Mówiąc najprościej, prawo postuluje, że entropia (energia niedostępna do pracy i miara zaburzeń molekularnych) dowolnego układu zamkniętego dąży do zera, gdy jego temperatura zbliża się do zera absolutnego (-273.15 °C lub -459,67 ° F). W praktyce twierdzenie to implikuje niemożność osiągnięcia zera absolutnego, ponieważ gdy układ zbliża się do zera absolutnego, dalsze pobieranie energii z tego układu staje się coraz trudniejsze. Współczesna nauka osiągnęła temperatury poniżej miliardowej części stopnia powyżej zera absolutnego, ale samo zero absolutne nigdy nie może zostać osiągnięte.
obliczanie równowagi chemicznej na podstawie pomiarów termicznych (takich jak ciepło reakcji, ciepło specyficzne i ich współczynniki cieplne) było nieuchwytnym celem dla wielu poprzedników Nernsta. Spodziewano się, że kierunek reakcji chemicznej i warunki, w których osiąga się równowagę, można obliczyć tylko na podstawie dwóch pierwszych praw termodynamiki i pomiarów termicznych. Obliczenia te były jednak utrudnione przez nieokreśloną stałą całkowania J, która została uzyskana podczas całkowania równania Gibbsa-Helmholtza odnoszącego się do zmiany swobodnej energii ΔF do zmiany zawartości ciepła ΔH i zmiany entropii ΔS, ΔF = ΔH-TΔS.
wielkim osiągnięciem Nernsta było uznanie szczególnego zachowania ΔF i ΔH jako funkcji zmiany temperatury w okolicach zera absolutnego. Z danych empirycznych Nernst wysunął hipotezę, że gdy zbliżają się do zera bezwzględnego, dwie krzywe F I H stają się asymptotycznie styczne do siebie—to znaczy w pobliżu zera bezwzględnego ΔF − ΔH → 0 (różnica zbliża się do zera). Z tej postaci równania Gibbsa-Helmholtza możliwe było wówczas obliczenie stałej całkowania na podstawie pomiarów kalorymetrycznych przeprowadzonych w laboratorium.
pierwotnie twierdzenie Nernsta o cieple stosowane było wyłącznie do faz skondensowanych, takich jak ciała stałe. Jednak Nernst zaczął ekstrapolować ważność swojego twierdzenia na Układy gazowe. W tym celu rozpoczął serię trudnych i czasochłonnych eksperymentów w niskich temperaturach, w których substancje gazowe można uznać za znajdujące się w fazie skondensowanej. W latach 1905-1914 Nernst wraz z wieloma uczniami i współpracownikami w Berlinie zaprojektował wiele pomysłowych instrumentów, takich jak skraplacz wodoru, Termometry i kalorymetry. Zostały one wykorzystane do określenia specyficznych temperatur dla szeregu substancji. W artykule opublikowanym w 1907 roku Albert Einstein wykazał, że nowa teoria mechaniki kwantowej, opracowana początkowo przez niemieckiego fizyka teoretycznego Maxa Plancka w 1900 roku, przewiduje, że w pobliżu temperatury zera absolutnego, specyficzne temperatury wszystkich ciał stałych zmierzają do zera absolutnego. W ten sposób twierdzenie Nernsta o cieple i jego empiryczne wyniki wzmocniły rewolucyjną teorię kwantową; z drugiej strony, Nernst uważał, że prace Einsteina i Plancka potwierdziły jego Wärmetheorem i ustanowiły go, prawdopodobnie, jako nowe, trzecie prawo termodynamiki, pomimo faktu, że nie można go wydedukować z pozostałych dwóch praw. W rezultacie Nernst stał się jednym z pierwszych szczerych zwolenników Einsteina i mechaniki kwantowej. W szczególności Nernst odegrał kluczową rolę w zorganizowaniu pierwszego kongresu Solvaya w dziedzinie fizyki, który odbył się w Brukseli w listopadzie 1911 r., poświęconego gruntownej ocenie nowej hipotezy kwantowej przez grupę czołowych europejskich fizyków.