Se l'energia interna U è una funzione di stato, nella trasformazione che porta da uno stato iniziale i ad uno stato finale f, la variazione di energia interna sarà ΔU=U_f - U_i.
Il primo principio della termodinamica estende il principio di conservazione dell'energia meccanica affermando che
U_f - U_i = Q - L
cioè che la differenza di energia interna tra lo stato finale e quello iniziale è uguale alla quantità di calore assorbita dal sistema meno il lavoro fatto dal sistema.