قانون اول ترمودینامیک که به عنوان قانون بقای کار و انرژی نیز شناخته می‌شود، می‌گوید که حالت تعادل ماکروسکوپی یک سیستم با کمیتی به نام انرژی درونی (U) بیان می‌شود. انرژی درونی دارای خاصیتی است که برای یک سیستم منزوی (ایزوله) داریم:

U=مقدار ثابت

اگر به سیستم اجازهٔ برهم‌کنش با محیط داده شود، سیستم از حالت ماکروسکوپی اولیهٔ خود به حالت ماکروسکوپی دیگری منتقل می‌شود که تغییر انرژی درونی را برای این تحول (فرآیند) می‌توان به شکل زیر نشان داد:

ΔU = Q + W

که در این فرمول W، کار ماکروسکوپی انجام شده توسط سیستم در برابر نیروی خارجی و Q مقدار گرمای جذب شده توسط سیستم در طی این فرآیند است.

 نمادگذاری

شمیی و فیزیک

چون در شیمی و فیزیک سیستم مورد توجه‌است، گرما و کاری که به سیتم داده می‌شود مورد نظر ماست و انرژی درونی را Q+W در نظر می‌گیریم. (سیستم را بسته، در حالت سکون و در غیاب میدان‌ها در نظر می‌گیریم)

\mathrm{d}U=\delta Q+\delta W\,,


که در آن

dU یک افزایش بی‌اندازه کوچک در انرژی درونی سیستم است.,
δQ یک مقدار بی‌اندازه کوچک از گرما که به سیستم افزوده می‌شود,
δW یک کار بی‌اندازه کوچک که بر روی سیستم انجام می‌شود و
δ نماد دیفرانسیل است.

در واقع تعریف قانون اول چنین است : اگر به سیستمی گرما داده شود و یا از آن گرما گرفته شود، انرژی درونی سیستم تغییر خواهد نمود که حاصل آن کار انجامشده توسط سیستم و یا کار مورد نیاز سیستم برای تغییر انرژی درونی خواهد بود .