Prvi zakon termodinamike možemo shvatiti kao jednu formulaciju zakona održanja (očuvanja) energije, prema kojemu je toplota tek jedan oblik energije, te i za toplotu vrijedi zakon očuvanja energije. Ako neki sistem vrši rad i dovedena mu je toplota (vrste energije), zakon očuvanja energije i dalje vrijedi. Stoga je ta energija sadržana u sistemu u konačnom stanju, u obliku koji nazivamo unutrašnja energija U.

Ako označimo sa W rad koji se vrši na sistemu, q energiju prenesenu na sistem kao toplotu i ΔU rezultirajuću promjenu unutrašnje energije, matematički izraz za prvi zakon termodinamike je:

${\displaystyle \ \Delta U=q+W}$

Unutrašnja energija zatvorenog sistema je jednaka energiji koja prolazi kroz njegovu granicu kao toplota i rad. Ako ništa ne prolazi (izoliran sistem), onda je ΔU = 0.^[1]

Prvi zakon termodinamike često se izražava kao:

Perpetuum mobile prve vrste nije moguć.

Perpetuum mobile prve vrste bio bi uređaj koji bi u nekom procesu proizvodio energiju "ni iz čega".

Prema konvenciji q i W su pozitivni kada se sistemu dovodi energija kao toplota ili rad. Kada energija napušta sistem (izlazi iz sistema) kao toplota ili rad, onda su q i W negativni.^[1]

• Termodinamika