Podczas izotermicznej ekspansji gazu doskonałego zwiększa się objętość gazu (bo ekspansja), nie zmienia się temperatura gazu (izoterma) oraz nie zmienia się energia wewnętrzna właściwa (u = c_v ⋅T), która zależy tylko od temperatury. Ciśnienie gazu maleje, praca jest wyprowadzana, a ciepło jest doprowadzane (Q_1-2 = L_1-2 bo ΔU_1-2 = 0, a także U = m⋅c_v⋅T = idem). Cała energia doprowadzana na sposób ciepła jest wyprowadzana na sposób pracy.