Термодинамикалық жүйенің негізгі сипаттамасы оның ішкі энергиясы-U болып табылады. Ішкі энергия жүйенің микробөлшектерінің (молекулалар, атомдар, электрондар және т.б.) бейберекет қозғалысының кинетикалық энергиясынан, осы бөлшектердің өзара әсерлесуінің потенциалдық энергия-сынан және ішкі молекулалық энергиясынан тұрады. Денелер жүйесінің ішкі энергиясы әрбір жеке денелердің ішкі энергиялары мен денелер жанасатын жұқа қабаттағы молекулалардың арасындағы өзара әсерлесу энергиясы болып табылады.
Ішкі энергия жүйе күйінің функциясы болады. Демек, жүйе бір күйден екінші күйге өткен кезде оның ішкі энергиясының өзгерісі әрқашан да ауысу жолына тәуелсіз, яғни жүйенің бір күйден екінші күйге келтіретін процесіне немесе процестер жиынтығына тәуелсіз, тек осы күйлердегі ішкі энергияның мәндерінің айырымына тең.
Идеал газдарда молекулалардың өзара әсерлесуінің потенциалдық энергиясы нольге тең, сонда газдың бір моліне қатысты ішкі энергиясы NA молекулалардың кинетикалық энергияларының қосындысына тең болады:
