在研究熱力學問題時，需首先確定研究的對象，即所謂體系。體系的外界稱為環境。體系的確定是根據研究的需要人為劃分的。為了研究方便，通常把化學反應中所有的反應物和生成物當作為體系。當著眼于體系與環境之間的能量和物質的交換情況時，可將體系分成三種：與環境之間既有物質交換又有能量交換的體系叫敞開體系；與環境之間無物質交換而有能量交換的體系叫封閉體系；與環境之間既無物質交換又無能量交換的體系叫孤立體系。由于通常把反應中所有反應物和生成物選作為體系，因此化學反應是封閉體系。體系與環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，體系從環境吸收了熱量Q，同時體系又對環境做功W，這時體系的熱力學能變為U2。根據能量守恒得到
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。我們規定體系吸收熱量Q為正值，體系放出熱量Q為負值；體系對環境做功W為正值，環境對體系做功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是狀態函數。就是說，體系的狀態確定了，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與起始狀態，與體系從始態變到終態的歷程無關。
功和熱是非狀態函數。我們不能說體系具有多少功或多少熱，只能說體系與環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有關，還與體系從始態變化到終態的歷程有關。所以功和熱也叫過程函數。