Układ termodynamiczny, jego granica i otoczenie muszą być zdefiniowane, a rola wszystkich jego komponentów musi być zrozumiała, zanim będziemy mogli zbadać daną sytuację.
Równowaga termiczna między dwoma ciałami jest osiągnięta, gdy trzecie ciało jest w równowadze termicznej z każdym z tych ciał z osobna.
Ogólne równanie stanu dla układu zamkniętego ma postać , czego przykładem jest równanie stanu gazu doskonałego.
Energia wewnętrzna układu termodynamicznego jest funkcją stanu i dlatego jest jednoznacznie określona dla każdego stanu równowagi układu.
W dowolnym termodynamicznym procesie wzrost energii wewnętrznej układu termodynamicznego jest określony przez dodane do układu ciepło pomniejszone o pracę wykonywaną przez układ.
Termiczne własności układu opisane są za pomocą zmiennych termodynamicznych. Dla gazu doskonałego zmienne te to: ciśnienie, objętość, temperatura oraz liczba cząsteczek lub moli gazu.
Dla układu będącego w równowagowym stanie termodynamicznym zmienne termodynamiczne są ze sobą powiązane przez równanie stanu.
Rezerwuar ciepła (termostat) jest tak duży, że kiedy wymienia ciepło z innymi układami, jego temperatura się nie zmienia.
Proces kwazistatyczny jest tak wolny, że układ, w którym on zachodzi, jest zawsze w równowagowym stanie termodynamicznym.
Proces odwracalny to taki, którego drogę można odwrócić.
Podstawowe typy procesów termodynamicznych to
izotermiczny, w którym temperatura układu jest stała;
adiabatyczny, w którym ciepło ani nie przepływa do układu, ani z niego nie odpływa;
izobaryczny, w którym ciśnienie układu jest stałe;
izochoryczny, w którym objętość układu jest stała.
Konsekwencje pierwszej zasady termodynamiki dla procesów termodynamicznych:
Dla gazu doskonałego molowa pojemność cieplna przy stałym ciśnieniu jest dana przez , gdzie to liczba stopni swobody każdej cząsteczki/jednostki układu.
Gaz rzeczywisty ma molową pojemność cieplną nieco wyższą niż molowa pojemność cieplna odpowiedniego gazu doskonałego, .