Minél magasabb hőmérsékletű egy légnemű anyag, annál nagyobb benne a rendezetlenül mozgó részecskék átlagos sebessége. Igaz e megállapítás fordítottja is, vagyis a csökkenő hőmérséklethez csökkenő átlagos sebesség tartozik. A gázmolekulák átlagos sebessége és kinetikai energiája arányos a gáz hőmérsékletével.

A kinetikus gázelmélet a hőtannak az a része, amely a hőjelenségeket az anyagot felépítő részecskék mozgására és kölcsönhatására vezeti vissza.

A hőtan és a statisztikus mechanika fontos állandója. A Boltzmann-állandó értéke az általános gázállandó és az Avogadro-szám hányadosa. k=1,38044*10^-23 J/K.

Az energia ekvipartíciójának tétele kimondja, hogy minden sebesség összetevőhöz (akár haladó mozgási sebességről, akár forgásból származó szögsebességről van szó) átlagosan, egy molekulára időátlagban 1/2*k*T energia tartozik. Egy molekula teljes mozgásának leírásához szükséges sebesség és szögsebesség komponensek számát szabadsági foknak nevezzük. A szabadsági fokszám azt fejezi ki, hogy egy anyag részecskéi hányféleképpen képesek energiát tárolni.

A gázt alkotó részecskék energia tároló képességét a szabadsági fokok számával adjuk meg. A részecske haladásából és forgásából legfeljebb 6 egymástól független energia tároló szabadsági foka lehet.

A testek forgásuk következtében is tárolhatnak energiát. A forgó testek legfeljebb három, egymásra merőleges szabad tengely körül foroghatnak egyidőben. Szimmetrikus testek esetén a tengelyek száma kevesebb. A gömb egy, a henger (súlyzó alak) kettő tengely körüli forgással írható le. Minden különböző tengely körüli forgás energiát tárol. Gázok esetében a gáz belső energiája az egyes gázt alkotó részecskék energiájának összege. A gázrészecskék haladásuk és forgásuk során tárolhatnak energiát. Az ideális gázt alkotó, golyó alakú részecskék csak haladó mozgásukból származó energia tároló képességgel rendelkeznek. Molekulák esetén a részecskék térszerkezetétől függően ehhez további 2 vagy 3 forgási szabadsági fok járul.

Azokat az állapotváltozásokat, melyekben a rendszer visszatér a kiindulási állapotba, vagyis a gáz kezdeti és végállapota megegyezik, körfolyamatoknak nevezzük

Egy folyamat kiindúló állapota.

A gáz által környezetén végzett munkát nevezzük tágulási munkának, mely során a gáz térfogata nő, belső energiája csökken. Állandó nyomás esetén W=-p*Delta V összefüggéssel számíthatjuk ki. Általánosan a p-V diagram alatti terület nagysága számértékileg megegyezik a gáz munkájával.

Termikus kölcsönhatásban lévő rendszerek egyidejű hőleadása és hőfelvétele. Hőcsere során a két rendszer belső energia változásának nagysága megegyezik.

Az f szabadsági fok segítségével az ideális gázok belső energiáját a következő módon általánosíthatjuk: E = f/2*n*R*T = f/2*N*k*T.Ideális gázok belső energiája tehát a részecskék szerkezetére jellemző szabadsági foktól, a gázmennyiségtől (mólszám vagy részecskeszám) és az abszolút hőmérséklettől függ. Adott gázmennyiség esetén a belső energia kizárólag a hőmérséklet függvénye.

Ha egy termodinamikai folyamatban Q hőközlés és W munkavégzés is történik, akkor a belső energia teljes megváltozása: Δ E=Q+W . Ez az egyenlet a hőtan első főtételét írja le matematikai alakban. Az energia-megmaradás törvényének az általánosítását fejezi ki, magában foglalja az energiaátadás két módját, a hőközlést és a munkavégzést. Az első főtétel kimondja, hogy egy rendszer belső energia változása megegyezik a rendszerrel közölt hő és a rendszeren végzett munka összegével.

Gázok állandó nyomáson és térfogaton mért moláris hőkapacitásának (molhő) különbsége az egyetemes gázállandó értékével egyezik meg: R=c_p-c_v, ahol R az egyetemes gázállandó, a c_p az állandó nyomáson mért moláris hőkapacitás és a c_v állandó térfogaton mért hőkapacitás.

A hőcsere termikus kölcsönhatásban lévő rendszerek egyidejű hőleadása és hőfelvétele. Hőcsere során a két rendszer belső energia változásának nagysága megegyezik.

Izochor folyamat közben a térfogat állandó. Állandó térfogat mellett a termodinamikai rendszeren nincs munkavégzés. Ha tehát W=0, az első főtétel ilyen speciális alakot vesz fel:ΔE=E₂−E₁=Q (izochor folyamat).Izochor folyamat esetén a hő formájában közölt összes energia a rendszerben marad, növeli a rendszer belső energiáját.

A gázok állandó hőmérsékleten történő állapotváltozásán alapuló technikai eszköz. A pumpában lévő levegőoszlop magasságának csökkentésével a nyomás nő. Ha a nyomás eléri a kerék belsejében lévő nyomást, akkor a szelepen keresztül levegő áramlik a kerékbe.

Olyan hőerőgépek, melyekben egy megfelelően megválasztott periodikus termodinamikai folyamat során a tüzelőanyagot a munkafolyamat helyén égetik el, a hőt pedig mechanikai munkává alakítja.

Megfordítható folyamat, mely a természetben magától valósulhat meg.

A rendezetlenség mértéke az entrópia (S), az anyaghalmazban lévő részecskék lehetséges elrendeződéseinek számával arányos. Minél nagyobb ez a szám, annál nagyobb az anyag rendezetlensége. Statisztikus értelemben S=k*ln(Y), ahol k a Boltzmann-állandó, Y az adott makroállapottot megvalósító mikroállapotok száma.

Egy hőerőgép hatásfoka akkor a legnagyobb, ha egy alacsony és egy magas hőmérsékletű hőtartály között Carnot-féle körfolyamatot valósít meg. Ennek hatásfoka ideális esetben h=1-T₁/T₂, ahol T₁ a hidegebb, T₂ a melegebb tartály hőmérséklete. Mivel T₁ nem lehet 0 K, ezért a körfolyamat hatásfoka mindig kisebb egynél. A Carnot-féle körfolyamat csak közelítőleg valósítható meg.