Plyn v rovnovážném stavu popisujeme nejčastěji objemem V, tlakem p a termodynamickou teplotou T. Ve fyzice volíme často ideální podmínky, proto i rovnice, která spojuje tyto tři veličiny bude pro ideální plyn. Otázkou je, jaký plyn zvolit. Měl by to být vodík či kyslík nebo metan anebo dokonce fluorid uranový? Tyto plyny jsou samozřejmě různé. Nicméně bylo experimentálně zjištěno, že když uzavřeme různé plyny stejného látkového množství (např. 1 mol) a stejné teploty do nádob stejného objemu, naměříme v každé nádobě téměř stejný tlak. Jestliže opakujeme měření při snížené hustotě, pak i tento rozdíl mezi tlaky prakticky vymizí. Rovnice, která vyjadřuje vztah mezi stavovými veličinami pro ideální plyn, se nazývá stavová rovnice ideálního plynu při stálé hmotnosti. Při stavové změně ideálního plynu stálé hmotnosti je výraz
Má–li plyn na počátku děje tlak p1, objem V1 a termodynamickou teplotu T1, na konci děje tlak p2, objem V2 a termodynamickou teplotu T2 a během děje se hmotnost plynu nemění, pak platí
Jestliže vypočítáme součin pV/T pro jakýkoli plyn o látkovém množství 1 mol za normálních podmínek, tj. T = 273 K a tlak p = 101 325 Pa a molárním objemu Vm = 22,4 ∙ 10-3 m-3 mol-1, pak
Konstanta Rm = 8,31 J K-1 mol-1 je pro všechny ideální plyny stejná a nazývá se molární plynová konstanta. Pomocí této konstanty píšeme stavovou rovnici ideálního plynu o látkovém množství 1 mol ve tvaru
kde Vm je molární objem ideálního plynu za tlaku p a teploty T. Tato rovnice neplatí pro páry. Čím víc se plyn blíží zkapalnění, tak rovnice přestává platit.
Vzhledem k tomu, že
dostaneme po dosazení do předchozí rovnice a úpravě stavovou rovnici ideálního plynu dané hmotnosti m ve tvaru
