A equação de estado de uma substância fornece as informações adicionais necessárias para calcular a quantidade de trabalho que a substância faz na transição de um estado de equilíbrio para outro ao longo de algum caminho especificado. A equação de estado é expressa como uma relação funcional ligando os vários parâmetros necessários para especificar o estado do sistema. Os conceitos básicos aplicam-se a todos os sistemas termodinâmicos, mas aqui, para tornar a discussão específica, será considerado um simples gás dentro de um cilindro com um pistão móvel. A equação de estado toma então a forma de uma equação relativa a P, V e T, de tal forma que se forem especificados quaisquer dois, o terceiro é determinado. No limite de baixas pressões e altas temperaturas, onde as moléculas do gás se movem quase independentemente uma da outra, todos os gases obedecem a uma equação de estado conhecida como a lei do gás ideal: PV = nRT, onde n é o número de moles do gás e R é a constante universal do gás, 8,3145 joules por K. No Sistema Internacional de Unidades, a energia é medida em joules, o volume em metros cúbicos (m3), a força em newtons (N), e a pressão em pascal (Pa), onde 1 Pa = 1 N/m2. Uma força de um newton movendo-se por uma distância de um metro faz um joule de trabalho. Assim, tanto os produtos PV como RT têm as dimensões de trabalho (energia). Um diagrama P-V mostraria a equação de estado em forma gráfica para várias temperaturas diferentes.

Para ilustrar a dependência do caminho do trabalho realizado, considere três processos que ligam o mesmo estado inicial e final. A temperatura é a mesma para ambos os estados, mas, ao passar do estado i para o estado f, o gás expande-se de Vi para Vf (fazendo o trabalho), e a pressão cai de Pi para Pf. De acordo com a definição da integral na equação (22), o trabalho realizado é a área sob a curva (ou linha reta) para cada um dos três processos. Para os processos I e III as áreas são retângulos, portanto o trabalho realizado é WI = Pi(Vf – Vi) (23) e WIII = Pf(Vf – Vi), (24) respectivamente. O processo II é mais complicado porque P muda continuamente à medida que V muda. Entretanto, T permanece constante, e assim pode-se usar a equação de estado para substituir P = nRT/V na equação (22) para obter (25) ou, porque PiVi = nRT = PfVf (26) para um processo isotérmico (gás ideal), (27)

WII é assim o trabalho feito na expansão isotérmica reversível de um gás ideal. A quantidade de trabalho é claramente diferente em cada um dos três casos. Para um processo cíclico, o trabalho líquido realizado é igual à área delimitada pelo ciclo completo.