Формулировка
Существует несколько эквивалентных формулировок первого начала термодинамики
В любой изолированной системе запас энергии остаётся постоянным.[2] Это — формулировка Дж. П. Джоуля (1842 г.).
Количество теплоты, полученное системой, идёт на изменение её внутренней энергии и совершение работы против внешних сил
Изменение внутренней энергии системы при переходе её из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданного системе, то есть, оно зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход. Это определение особенно важно для химической термодинамики[2] (ввиду сложности рассматриваемых процессов). Иными словами, внутренняя энергия является функцией состояния. В циклическом процессе внутренняя энергия не изменяется.
Изменение
полной энергии системы в квазистатическом
процессе равно
количеству теплоты 
,
сообщённому системе, в сумме с изменением
энергии, связанной с количеством 
при химическом
потенциале 
,
и работы 
,
совершённой над системой внешними
силами и полями,
за вычетом работы 
,
совершённой самой системой против
внешних сил
.
Для
элементарного количества теплоты 
,
элементарной работы 
и
малого приращения 
внутренней
энергии первый закон термодинамики
имеет вид:
.
Разделение работы на две части, одна из которых описывает работу, совершённую над системой, а вторая — работу, совершённую самой системой, подчёркивает, что эти работы могут быть совершены силами разной природы вследствие разных источников сил.
Важно
заметить, что
и 
являются полными
дифференциалами, а
и
—
нет.
.