在研究熱力學問題時，需首先確定研究的對象，即所謂體系。體系的外界稱為環(huán)境。體系的確定是根據(jù)研究的需要人為劃分的。為了研究方便，通常把化學反應(yīng)中所有的反應(yīng)物和生成物當作為體系。當著眼于體系與環(huán)境之間的能量和物質(zhì)的交換情況時，可將體系分成三種：與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換又有能量交換的體系叫敞開體系；與環(huán)境之間無物質(zhì)交換而有能量交換的體系叫封閉體系；與環(huán)境之間既無物質(zhì)交換又無能量交換的體系叫孤立體系。由于通常把反應(yīng)中所有反應(yīng)物和生成物選作為體系，因此化學反應(yīng)是封閉體系。體系與環(huán)境之間可以有能量交換也可以沒有能量交換，但是，大量的事實說明宇宙間的總能量是守恒的，即能量既不創(chuàng)生也不能消滅，這就是能量守恒定律。
對于一個封閉體系，體系的熱力學能為U1，體系從環(huán)境吸收了熱量Q，同時體系又對環(huán)境做功W，這時體系的熱力學能變?yōu)?/font>U2。根據(jù)能量守恒得到
U1 Q-W=U2
U2-U1=Q-W
即 ΔU= Q-W
這就是熱力學第一定律。因此，熱力學第一定律就是能量守恒定律在熱力學上的具體體現(xiàn)。我們規(guī)定體系吸收熱量Q為正值，體系放出熱量Q為負值；體系對環(huán)境做功W為正值，環(huán)境對體系做功W為負值。體系熱力學能增加ΔU為正值，體系熱力學能減少ΔU為負值。
體系熱力學能U是狀態(tài)函數(shù)。就是說，體系的狀態(tài)確定了，體系的熱力學能也就確定了。即體系熱力學能變化(ΔU)只取決于體系的終了狀態(tài)與起始狀態(tài)，與體系從始態(tài)變到終態(tài)的歷程無關(guān)。
功和熱是非狀態(tài)函數(shù)。我們不能說體系具有多少功或多少熱，只能說體系與環(huán)境交換了多少功和熱。交換的功和熱的大小不僅與體系的始末狀態(tài)有關(guān)，還與體系從始態(tài)變化到終態(tài)的歷程有關(guān)。所以功和熱也叫過程函數(shù)。