La sezione di termologia comprende strumenti legati alla termometria, ovvero alla misura delle variazioni di temperatura, agli effetti prodotti dall'aumento di temperatura nelle diverse sostanze, alla propagazione del calore, alla produzione di lavoro meccanico mediante il calore.

I termometri, evoluzione del primo termoscopio attribuito a Galileo Galilei, furono continuamente migliorati, in relazione sia ai liquidi termometrici, sia alla scala, arrivando nell'Ottocento a una sensibilità di 1/100 °C. Il Gabinetto contiene una vasta tipologia di termometri che differiscono per sostanza termometrica e per la scala di misura.

Per mostrare gli effetti dell'aumento di temperatura sui metalli, studiati verso la metà del Settecento dallo scienziato e conferenziere Peter van Musschenbroek, vi sono un dilatometro di pregevole fattura, una sbarra bimetallica, un «Anello di s'Gravesande».

Alla determinazione dei calori specifici di varie sostanze, avvenuta fra la fine del Settecento e l'inizio dell'Ottocento, contribuirono in modo determinante gli scienziati francesi Antoine Laurent Lavoisier (1743 - 1794) e Pierre Simon Laplace (1749 - 1827), i quali posero le basi della Chimica moderna. L'acquisto del grande calorimetro di Lavoisier e Laplace esposto in sala, richiesto dall'insegnante dell'epoca Francesco Maccarani è del 1824.

Lo studio dei vapori e dei gas si sviluppò dalla fine del Settecento per tutto l'Ottocento, portando alla formulazione delle leggi che regolano il comportamento dei gas in relazione all'aumento della temperatura. La sezione dedicata allo studio dei vapori comprende igrometri di vario tipo, apparecchi per la misura della tensione massima del vapore e uno strumento per la verifica della legge di Dalton.

Infine la sezione dedicata alla trasformazione di calore in lavoro meccanico comprende alcune eolipile e una pregevole macchina a vapore azionante una macina.