A energia interna é a soma de todas as formas de energia microscópica do sistema: energia cinética translacional, rotacional e vibracional das moléculas, mais a energia potencial de interação entre elas.
Ao contrário do calor e do trabalho — que são grandezas de caminho — a energia interna é uma função de estado: seu valor depende apenas do estado macroscópico atual , não do processo pelo qual o sistema chegou a esse estado.
A variação de energia interna pode ser causada por:
Ambos são formas de transferir energia entre o sistema e o exterior, mas através de mecanismos distintos.
Para o gás ideal, não há interações entre as moléculas. Portanto, apenas a energia cinética contribui:
Em geral, para gás ideal com graus de liberdade:
Este resultado — de que depende somente de — é uma propriedade exclusiva do gás ideal. Para gases reais, depende também de ou (energia potencial de interação).