Prvi zakon termodinamike je znan tudi kot zakon ohranjanja energije. Navaja, da energije ni mogoče uničiti ali ustvariti; v vesolju je ohranjena in mora nekje končati, tudi če spremeni oblike. Vključuje preučevanje delovanja sistema, toplote in energije. Toplotni stroji pogosto spodbujajo razpravo o prvem zakonu termodinamike; vendar velja za enega najbolj temeljnih zakonov narave.
Ko se ljudje poglobijo v študij prvega zakona termodinamike, takoj začnejo analizirati in izračunavati enačbo, povezano z zakonom: ΔU = Q – W. Ta enačba pomeni, da je sprememba notranje energije sistema enaka toploti. doda sistemu manj dela, ki ga opravi sistem. Alternativno se včasih uporablja enačba ΔU = Q + W. Edina razlika je v tem, da izračuna delo, opravljeno v sistemu, namesto dela, ki ga opravi sistem. Z drugimi besedami, delo je pozitivno, ko sistem deluje na svoj okoliški sistem, in negativno, ko okolica deluje na sistem.
Pri študiju fizike je pogost primer, ki vključuje dodajanje toplote plinu v zaprtem sistemu. Primer se nadaljuje z razširitvijo tega plina, tako da deluje. Lahko ga vizualiziramo kot bat, ki potiska navzdol ali pritiska na pline v motorju z notranjim zgorevanjem. Tako delo opravi sistem. Alternativno je pri preučevanju kemičnih procesov in reakcij značilno preučevanje pogojev, pri katerih se delo izvaja na sistemu.
Standardna enota za izračun prvega zakona termodinamike je džul (J); vendar pa veliko ljudi, ki študira pravo, svoje izračune opravi tudi v smislu kalorij ali britanske termalne enote (BTU). Včasih je koristno izračunati ohranjanje z dejanskimi številkami, s čimer lahko ljudje vidijo, kako deluje zakon. Če motor opravi 4,000 J dela na svoji okolici, se notranja energija zmanjša za 4,000 J. Če med delovanjem sprosti tudi 5,000 J toplote, se notranja energija zmanjša za dodatnih 5,000 J. Posledično se notranja energija energija sistema se skupaj zmanjša za -9,000 J.
V alternativnem izračunu, če sistem opravi 4,000 J dela na svoji okolici in nato absorbira 5,000 J toplote iz svoje okolice, je rezultat drugačen. V tem primeru vstopi 5,000 J energije in 4,000 J energije izstopa. Tako je skupna notranja energija sistema 1,000 J.
Nazadnje, negativno delo ali delo, ki ga na sistemu opravi okolica, je mogoče ponazoriti tudi z izračuni glede prvega zakona termodinamike. Na primer, če sistem absorbira 4,000 J, medtem ko okolica hkrati izvaja 5,000 J ali dela na sistemu, bo viden drug rezultat. Ker vse energije tečejo v sistem, skupna notranja energija poskoči do 9,000 J.