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系统内能的变化取决于进入系统的净热传递和系统完成的净功。热力学第一定律是能量守恒的一种广义形式，以数学方式将这三个量联系起来。它指出内能的变化等于传热与系统所做的功之间的差值。
施加的热量会增加系统的内能。因此，传统上，热量在添加到系统时被认为是正的，而当从系统中删除时被认为是负的。当气体膨胀时，它确实起作用，并且其内能减少。因此，当系统完成工作时，它被认为是正的，而当它在系统上完成时，它被认为是负的。
尽管热量和功都取决于两种平衡状态之间所采用的热力学路径，但内能的变化仅取决于系统的初始和最终平衡状态。与势能的变化类似，内能的变化是一个与路径无关的量。内能是压力、温度和体积等热力学变量的函数。内能和势能等函数称为状态函数，因为它们的值完全取决于系统的状态。
考虑一个带蜡烛的天灯。蜡烛的热量增加了灯笼内部空气分子的内能，导致空气膨胀并使灯笼膨胀。由于膨胀，功是由灯笼上的空气分子完成的。充气灯笼内的空气密度降低，从而产生升力。
在这个例子中，系统内能的变化等于进入系统的净热传递减去系统完成的净功。该方程是能量守恒的一种广义形式，被称为热力学第一定律。
传统上，
Q
是正或负，具体取决于热量是添加到系统中还是从系统中去除。此外，当系统完成工作时，W 为正，当系统上完成工作时，
W
为负。
对于任何热力学过程，内能的变化都是与路径无关的，仅取决于系统的初始和最终平衡状态。因此，内能是一个状态函数。
