La ecuación de estado de una sustancia proporciona la información adicional necesaria para calcular la cantidad de trabajo que realiza la sustancia al realizar una transición de un estado de equilibrio a otro a lo largo de alguna trayectoria especificada. La ecuación de estado se expresa como una relación funcional que conecta los diversos parámetros necesarios para especificar el estado del sistema. Los conceptos básicos se aplican a todos los sistemas termodinámicos, pero aquí, para concretar la discusión, se considerará un simple gas dentro de un cilindro con un pistón móvil. La ecuación de estado adopta entonces la forma de una ecuación que relaciona P, V y T, de forma que si se especifican dos de ellas, se determina la tercera. En el límite de bajas presiones y altas temperaturas, donde las moléculas del gas se mueven casi independientemente unas de otras, todos los gases obedecen a una ecuación de estado conocida como la ley de los gases ideales: PV = nRT, donde n es el número de moles del gas y R es la constante universal de los gases, 8,3145 julios por K. En el Sistema Internacional de Unidades, la energía se mide en julios, el volumen en metros cúbicos (m3), la fuerza en newtons (N) y la presión en pascales (Pa), donde 1 Pa = 1 N/m2. Una fuerza de un newton que se desplaza por una distancia de un metro realiza un julio de trabajo. Por lo tanto, los dos productos PV y RT tienen las dimensiones del trabajo (energía). Un diagrama P-V mostraría la ecuación de estado en forma gráfica para varias temperaturas diferentes.

Para ilustrar la dependencia de la trayectoria del trabajo realizado, considere tres procesos que conectan los mismos estados inicial y final. La temperatura es la misma para ambos estados, pero, al pasar del estado i al estado f, el gas se expande de Vi a Vf (realizando trabajo), y la presión cae de Pi a Pf. Según la definición de la integral en la ecuación (22), el trabajo realizado es el área bajo la curva (o línea recta) para cada uno de los tres procesos. Para los procesos I y III las áreas son rectas, por lo que el trabajo realizado es WI = Pi(Vf – Vi) (23) y WIII = Pf(Vf – Vi), (24) respectivamente. El proceso II es más complicado porque P cambia continuamente al cambiar V. Sin embargo, T permanece constante, por lo que se puede utilizar la ecuación de estado para sustituir P = nRT/V en la ecuación (22) para obtener (25) o, dado que PiVi = nRT = PfVf (26) para un proceso isotérmico (de gas ideal), (27)

WII es, pues, el trabajo realizado en la expansión isotérmica reversible de un gas ideal. La cantidad de trabajo es claramente diferente en cada uno de los tres casos. Para un proceso cíclico el trabajo neto realizado es igual al área encerrada por el ciclo completo.