Ecuația de stare a unei substanțe furnizează informațiile suplimentare necesare pentru a calcula cantitatea de muncă pe care substanța o depune în tranziția de la o stare de echilibru la alta de-a lungul unui traseu specificat. Ecuația de stare este exprimată ca o relație funcțională care conectează diverși parametri necesari pentru a specifica starea sistemului. Conceptele de bază se aplică tuturor sistemelor termodinamice, dar aici, pentru ca discuția să fie mai specifică, se va lua în considerare un gaz simplu în interiorul unui cilindru cu un piston mobil. Ecuația de stare ia apoi forma unei ecuații care leagă P, V și T, astfel încât, dacă se specifică oricare dintre cele două, se determină al treilea parametru. În limita presiunilor scăzute și a temperaturilor ridicate, unde moleculele gazului se mișcă aproape independent unele de altele, toate gazele se supun unei ecuații de stare cunoscută sub numele de legea gazelor ideale: PV = nRT, unde n este numărul de moli ai gazului și R este constanta universală a gazelor, 8,3145 jouli pe K. În Sistemul Internațional de Unități, energia se măsoară în jouli, volumul în metri cubi (m3), forța în newtoni (N) și presiunea în pascali (Pa), unde 1 Pa = 1 N/m2. O forță de un newton care se deplasează pe o distanță de un metru produce un joule de muncă. Astfel, ambele produse PV și RT au dimensiunea de lucru (energie). O diagramă P-V ar arăta ecuația de stare în formă grafică pentru mai multe temperaturi diferite.

Pentru a ilustra dependența de traseu a lucrului efectuat, considerați trei procese care conectează aceleași stări inițiale și finale. Temperatura este aceeași pentru ambele stări, dar, în trecerea de la starea i la starea f, gazul se dilată de la Vi la Vf (efectuând lucru), iar presiunea scade de la Pi la Pf. În conformitate cu definiția integralei din ecuația (22), lucrul efectuat este aria de sub curbă (sau linia dreaptă) pentru fiecare dintre cele trei procese. Pentru procesele I și III, suprafețele sunt dreptunghiulare și, prin urmare, lucrul efectuat este WI = Pi(Vf – Vi) (23) și, respectiv, WIII = Pf(Vf – Vi), (24). Procesul II este mai complicat, deoarece P se modifică continuu pe măsură ce V se modifică. Cu toate acestea, T rămâne constant, și astfel se poate folosi ecuația de stare pentru a înlocui P = nRT/V în ecuația (22) pentru a obține (25) sau, deoarece PiVi = nRT = PfVf (26) pentru un proces izoterm (gaz ideal), (27)

WII este astfel lucrul efectuat în expansiunea izotermă reversibilă a unui gaz ideal. Cantitatea de lucru este în mod clar diferită în fiecare dintre cele trei cazuri. Pentru un proces ciclic, lucrul net efectuat este egal cu aria închisă de ciclul complet.

.