熱力学の法則は、述べるのが一見簡単ですが、その結果は広範囲に及びます。 第一法則は、熱がエネルギーの一形態として認識されるならば、システムの全エネルギーとその周囲の全エネルギーは保存される、つまり宇宙の全エネルギーは一定のままであると主張する。
最初の法則は、システムをその周囲から分離する境界を越えたエネルギーの流れを考慮することによって行動に入れられます。, 可動ピストンを備えたシリンダーに囲まれたガスの古典的な例を考えてみましょう。 シリンダーの壁は、内部のガスと外部の世界とを隔てる境界として機能し、可動ピストンは、ピストンを所定の位置に保持する力（摩擦なしと仮定）に対して膨張することによってガスが働くための機構を提供する。 ガスが膨張するにつれてＷが働き、および／またはシリンダの壁を通ってその周囲から熱Ｑを吸収する場合、これは境界を越えて周囲へのエネルギーｗ−Ｑの正味の流れに対応する。, 全エネルギーuを節約するためには、ガスの内部エネルギーに対抗変化ΔU=Q−W(1)がなければなりません。 第一法則は、エネルギー勘定の変化（ΔU）が預金（Q）と引き出し（W）の差に等しい一種の厳格なエネルギー会計システムを提供する。
量ΔUと関連するエネルギー量QとWとの間には重要な区別があります。, 内部エネルギー Uは、平衡における系の状態を一意的に決定する量（またはパラメータ）によって完全に特徴付けられるので、エネルギーの変化が系の初期（i）および最終（f）状態によって完全に決定されるような状態関数であると言われる：ΔU=Uf−Ui。 ただし、QおよびWは状態関数ではありません。 破裂する気球の例のように、内部のガスは最終的な拡大された状態に達することの仕事を全くしないかもしれないし、同じ最終状態に達するために可, 必要とされるのは、エネルギーの変化（ΔU）が同じままであることだけです。 類推によって、自分の銀行口座の同じ変更は、入出金の多くの異なる組み合わせによって達成することができます。 したがって、QおよびWは、それらの値が同じ初期および最終状態を接続する特定のプロセス（または経路）に依存するため、状態関数ではない。 預金や引き出しの内容よりも銀行口座の残高について話す方が意味があるのと同じように、システムの内部エネルギーについて話すことは意味があ,
形式的な数学的観点から、内部エネルギーにおける増分変化dUは厳密な微分である（微分方程式を参照）が、これらの量の定積分は経路依存であるため、対応する増分変化d’Qとd’Wはそうではない。 これらの概念は、熱力学の正確な数学的定式化において大きな利点に使用することができる（下記熱力学的性質および関係を参照）。,
熱機関
熱機関の古典的な例は蒸気機関ですが、現代のすべてのエンジンは同じ原則に従います。 蒸気機関は、ピストンが各サイクルのために一度上下に移動して、周期的に動作します。 高温の高圧蒸気は、各サイクルの前半にシリンダーに入れられ、後半に再び脱出することができます。 全体的な効果は、燃料を燃焼させて蒸気を作るために発生する熱Q1を取り、その一部を作業に変換し、残りの熱Q2をより低い温度で環境に排出す, 吸収される正味の熱エネルギーは、Q=Q1−Q2です。 エンジンは初期状態に戻るので、内部エネルギーuは変化しません（ΔU=0）。 したがって、熱力学の第一法則により、各完全なサイクルに対して行われる作業はW=Q1−Q2でなければならない。 言い換えれば、各完全なサイクルのために行われる作業は、高温でエンジンによって吸収された熱Q1と、より低い温度で排出された熱Q2の間の差 熱力学の力は、この結論がエンジンの詳細な作動機構とは完全に独立しているということです。, それはエネルギーの一形態とみなされて熱がエネルギーの全面的な保存にだけ、頼ります。
燃料にお金を節約し、廃熱で環境を汚染するのを避けるために、エンジンは吸収された熱Q1の有用な仕事への変換を最大にし、廃熱Q2を最小にするように設計されています。 エンジンのカルノー効率（λ）は、W/Q1比として定義されます—すなわち、仕事に変換されるQ1の割合。, W=Q1-Q2なので、効率は
(2)
排熱がまったくない場合、Q2=0およびλ=1の形式で表すことができ、100％の効率に相当します。 エンジンの摩擦を減らすことは廃熱を減少させるが、それを排除することはできないので、Q2がどれだけ小さくできるか、そして効率がどれだけ大きくなるかには限界がある。 この制限は自然の基本法則であり、実際には熱力学の第二法則である（下記参照）。