在热力学之中，与外界（环境）没有物质交换，但有能量交换的系统称为封闭系统（Closed system）

与环境间只有能量交换而无物质交换的系统，被称作封闭系统。

假如一个只拥有一种粒子（原子或分子）的系统进行化学反应时，过程中所有种类的粒子都可以被生成或破坏。但是，封闭系统内的元素原子数目将会守恒。一般的相变模型也是在封闭系统中讨论的，几相共存时总的粒子数不变。

与外界既有物质交换，又有能量交换的系统会被视为开放系统。与环境间既无能量交换又无物质交换的系统则是隔离系统（isolated system）。

事实上，自然界中一切事物总是相互关联和相互影响的，有时把封闭系统和系统影响所及的环境一起作为隔离系统。

热和功只有对封闭系统发生的过程才有明确的意义。热和功的数量与过程密切相关，一旦过程结束，就谈不上热和功的存在，它们都不是状态函数。这好比下雨是天空云层中的水降落到地面的过程，当雨下落到河里后，我们从来不说“河中有多少雨”，雨量针对降雨过程而言才有意义。

对一静止的封闭系统，在不考虑特殊的外力场（如离心力场、电磁场等）作用下，由始态（1）变化到终态（2），此变化可通过不同的过程来实现，实验结果表明：各个过程所对应的W和Q的量值都可能不同，但各个过程的（Q+W）量值却都相等。这说明在系统发生状态变化后，一定存在着一个状态函数的变化为ΔU，U称为热力学能个（thermodynamic energy）或内能（internal energy），单位为J。

ΔU==Q+W ①

若系统的状态仅发生一无限小变化，则

dU=δQ+δW ②

①、②两式为热力学第一定律用于封闭系统的数学表达式，也适用于隔离系统，它们表明了热力学能、热和功之间转化的定量关系。