Tillståndsekvationen för ett ämne ger den ytterligare information som krävs för att beräkna hur mycket arbete ämnet utför vid övergången från ett jämviktstillstånd till ett annat längs en bestämd väg. Tillståndsekvationen uttrycks som ett funktionellt förhållande som förbinder de olika parametrar som behövs för att specificera systemets tillstånd. De grundläggande begreppen gäller för alla termodynamiska system, men för att göra diskussionen specifik kommer vi här att betrakta en enkel gas i en cylinder med en rörlig kolv. Tillståndsekvationen har då formen av en ekvation som relaterar P, V och T på ett sådant sätt att om två av dem specificeras, bestäms den tredje. Vid låga tryck och höga temperaturer, där gasens molekyler rör sig nästan oberoende av varandra, följer alla gaser en tillståndsekvation som kallas idealgaslagen: PV = nRT, där n är antalet mol av gasen och R är den universella gaskonstanten, 8,3145 joule per K. I det internationella enhetssystemet mäts energi i joule, volym i kubikmeter (m3), kraft i Newton (N) och tryck i Pascal (Pa), där 1 Pa = 1 N/m2. En kraft på ett newton som rör sig över ett avstånd på en meter utför ett arbete på en joule. Således har båda produkterna PV och RT dimensionerna arbete (energi). Ett P-V-diagram skulle visa tillståndsekvationen i grafisk form för flera olika temperaturer.

För att illustrera det utförda arbetets vägberoende kan man betrakta tre processer som förbinder samma initial- och sluttillstånd. Temperaturen är densamma för båda tillstånden, men när gasen går från tillstånd i till tillstånd f expanderar den från Vi till Vf (utför arbete) och trycket sjunker från Pi till Pf. Enligt definitionen av integralen i ekvation (22) är det utförda arbetet arean under kurvan (eller den raka linjen) för var och en av de tre processerna. För processerna I och III är ytorna rektanglar, och därför är det utförda arbetet WI = Pi(Vf – Vi) (23) respektive WIII = Pf(Vf – Vi) (24). Process II är mer komplicerad eftersom P förändras kontinuerligt när V förändras. T förblir dock konstant, och därför kan man använda tillståndsekvationen för att ersätta P = nRT/V med P = nRT/V i ekvation (22) för att få (25) eller, eftersom PiVi = nRT = PfVf (26) för en (idealgas) isotermisk process, (27)

WII är alltså det utförda arbetet i den reversibla isotermiska expansionen av en idealgas. Mängden arbete skiljer sig tydligt åt i vart och ett av de tre fallen. För en cyklisk process är det utförda nettoarbetet lika med den yta som omsluts av den fullständiga cykeln.