能量守恆定律應用到熱力學上，就是熱力學第一定律。換句話說，熱力學第一定律就是能量轉化和守恆定律在熱現象過程中具體的數量關係，即內能和其他形式的能相互轉化的數量關係。該定律說明對任一熱力學系統從一個狀態變化到另一狀態的過程中，外界向該系統傳遞的熱量，一部分用來增加系統的內能，另一部分則用於系統對外做功。 熱力學第一定律的數字表達式為：ΔE=W+Q，式中ΔE表示系統的內能變化量，W表示外界對系統做功，Q表示系統吸收外界的熱量。從上式可見，系統的內能增量等於系統從外界吸收的熱量和外界對系統做功的和。在使用這個定律時要注意三個量的符號處理：外界對系統做功，W取正值，系統對外做功W取負值，若系統的體積不變，則W=0；系統從外界吸熱，Q取正值，系統對外界放熱，Q取負值；系統的內能增加，ΔE取正值，系統的內能減少，ΔE取負值。 在製冷技術中，可以用熱力學第一定律來分析各種熱力過程中熱能、機械能的數量變化及其分配關係。例如，應用熱力學第一定律分析製冷迴圈時，可以得到結論：在壓縮式製冷迴圈中，所消耗的機械能加上從低溫熱源獲取的冷量必然等於製冷劑在冷凝器中放給冷卻水或空氣的熱量。