legile termodinamicii sunt înșelător de simple de stat, dar sunt de anvergură în consecințele lor. Prima lege afirmă că, dacă căldura este recunoscută ca o formă de energie, atunci energia totală a unui sistem plus împrejurimile sale este conservată; cu alte cuvinte, energia totală a universului rămâne constantă.prima lege este pusă în acțiune prin luarea în considerare a fluxului de energie peste limita care separă un sistem de împrejurimile sale., Luați în considerare exemplul clasic al unui gaz închis într-un cilindru cu un piston mobil. Pereții cilindrului acționează ca limita care separă gazul din interior de lumea exterioară, iar pistonul mobil oferă un mecanism pentru ca gazul să funcționeze prin extinderea împotriva forței care ține pistonul (presupus fără frecare) în loc. Dacă gazul funcționează W pe măsură ce se extinde și/sau absoarbe căldura Q din împrejurimile sale prin pereții cilindrului, atunci aceasta corespunde unui flux net de energie W − Q peste limita către împrejurimi., Pentru a conserva energia totală U, trebuie să existe o schimbare de contrabalansare ΔU = Q − W (1) în energia internă a gazului. Prima lege prevede un fel de sistem strict de contabilitate a energiei în care modificarea contului energetic (ΔU) este egală cu diferența dintre depozite (Q) și retrageri (W).există o distincție importantă între cantitatea ΔU și cantitățile de energie aferente Q și W., Deoarece energia internă U este caracterizată în întregime prin cantități (sau parametrii) unic, care determină starea sistemului la echilibru, este declarat a fi o funcție a statului, astfel încât orice schimbare în energie este determinat în întregime de către inițială (i) și finale (f) state ale sistemului: ΔU = Uf − Ui. Cu toate acestea, Q și W nu sunt funcții de stat. La fel ca în exemplul unui balon de spargere, gazul din interior poate să nu funcționeze deloc în atingerea stării sale finale extinse sau ar putea face o muncă maximă prin extinderea în interiorul unui cilindru cu un piston mobil pentru a ajunge la aceeași stare finală., Tot ce este necesar este ca schimbarea energiei (ΔU) să rămână aceeași. Prin analogie, aceeași schimbare în contul bancar ar putea fi realizată prin multe combinații diferite de depuneri și retrageri. Astfel, Q și W nu sunt funcții de stat, deoarece valorile lor depind de procesul particular (sau calea) care leagă aceleași stări inițiale și finale. La fel cum este mai semnificativ să vorbim despre soldul din contul bancar decât conținutul său de depunere sau retragere, este semnificativ doar să vorbim despre energia internă a unui sistem și nu despre conținutul său de căldură sau de lucru.,din punct de vedere matematic formal, schimbarea incrementală dU în energia internă este o diferențială exactă (vezi ecuația diferențială), în timp ce modificările incrementale corespunzătoare d ‘Q și d’ W în căldură și muncă nu sunt, deoarece integralele definite ale acestor cantități sunt dependente de cale. Aceste concepte pot fi utilizate în mare avantaj într-o formulare matematică precisă a termodinamicii (vezi mai jos proprietățile și relațiile termodinamice).,exemplul clasic al unui motor termic este un motor cu aburi, deși toate motoarele moderne respectă aceleași principii. Motoarele cu aburi funcționează într-un mod ciclic, pistonul deplasându-se în sus și în jos o dată pentru fiecare ciclu. Aburul fierbinte de înaltă presiune este admis în cilindru în prima jumătate a fiecărui ciclu și apoi este permis să scape din nou în a doua jumătate. Efectul general este de a lua căldura Q1 generată de arderea unui combustibil pentru a face abur, de a converti o parte din acesta pentru a lucra și de a evacua căldura rămasă Q2 în mediu la o temperatură mai scăzută., Energia termică netă absorbită este apoi Q = Q1-Q2. Deoarece motorul revine la starea inițială, energia internă U nu se schimbă (ΔU = 0). Astfel, prin prima lege a termodinamicii, munca efectuată pentru fiecare ciclu complet trebuie să fie W = Q1-Q2. Cu alte cuvinte, munca efectuată pentru fiecare ciclu complet este doar diferența dintre căldura Q1 absorbită de motor la o temperatură ridicată și căldura Q2 epuizată la o temperatură mai scăzută. Puterea termodinamicii este că această concluzie este complet independentă de mecanismul de lucru detaliat al motorului., Se bazează numai pe conservarea generală a energiei, căldura fiind considerată o formă de energie.pentru a economisi bani pe combustibil și pentru a evita contaminarea mediului cu căldura reziduală, motoarele sunt proiectate pentru a maximiza conversia căldurii absorbite Q1 în muncă utilă și pentru a minimiza căldura reziduală Q2. Eficiența Carnot (η) a unui motor este definită ca raportul W/Q1—adică fracțiunea de Q1 Care este transformată în lucru., Deoarece W = Q1-Q2, eficiența poate fi exprimată și sub forma 
(2)
dacă nu există deloc căldură reziduală, atunci Q2 = 0 și η = 1, corespunzând unei eficiențe de 100%. În timp ce reducerea frecării într-un motor scade căldura reziduală, aceasta nu poate fi niciodată eliminată; prin urmare, există o limită pentru cât de mic poate fi Q2 și, astfel, pentru cât de mare poate fi eficiența. Această limitare este o lege fundamentală a naturii—de fapt, a doua lege a termodinamicii (vezi mai jos).