Основными формами взаимодействия между термодинамической системой и окружающей средой, изучением которых занимается техническая термодинамика, являются работа и теплота.

Работа и теплота представляют собой количество энергии, передаваемой от одного тела к другому при их взаимодействии. Качественное различие между ними заключается в том, что работа — результат внешнего (механического) взаимодействия, форма передачи упорядоченного, организованного движения, а теплота — результат совокупности микрофизических (внутренних) процессов, при которых обмениваются между собой энергией молекулы взаимодействующих тел. Такую форму обмена энергией называют теплообменом.

Принято считать, что работа, совершаемая системой, положительна, а работа, совершаемая окружающей средой, отрицательна. Теплота считается положительной, если она получена системой, и отрицательной, если отдана ею в окружающую среду.

Обмен энергией между термодинамической системой и окружающей средой происходит за счет запаса энергии системы, которая подразделяется на внешнюю (механическую) и внутреннюю (тепловую). Механическая энергия представляет собой сумму кинетической энергии движения и потенциальной энергии взаимодействия тел системы. Внутренняя энергия представляет собой энергию движения и взаимодействия микрочастиц, из которых состоят тела.

В термодинамической системе основную роль играет изменение внутренней энергии, выражающееся в количестве работы и теплоты, которыми она обменивается с окружающей средой. При этом система увеличивает свою внутреннюю энергию, если теплота подводится к ней (или над ней совершается работа) и уменьшает свою внутреннюю энергию, если она отдает теплоту в окружающую среду (или она совершает работу над окружающей средой). Это положение составляет содержание первого закона термодинамики: изменение внутренней энергии системы равно разности между количеством теплоты и работы, которыми системы обмениваются с окружающей средой.

Единицей измерения всех видов энергии, в том числе работы и теплоты, служит джоуль (Дж). Количество энергии, полученное в единицу времени (секунду), называют мощностью и выражают в Вт (Дж/с).

Процессы взаимного превращения работы и теплоты в тепловых двигателях осуществляются при помощи рабочего тела, в качестве которого используются газообразные вещества (газы и пары), обладающие свойством значительного расширения и сжатия при нагревании и внешнем силовом воздействии. Поэтому изучение свойств газов является одной из задач технической термодинамики.