热力学系统也就是热力学研究的对象。由于热力学研究得最多的是气体，而气体并不具有固定的形状和体积，所以明确所研究的对象是很重要的。热力学研究对象是由人为划定的空间所构成的，空间内的物质就称为热力学系统，也称为体系。系统之外的物质则称为外界或环境。系统与外界之间通过边界进行能量传递或物质迁移。这个边界可以是真实的某种边界，也可以是假想的物质内部的分界。任何有热力作用的东西都可以看作是热力学系统，系统和外界的划分取决于想研究的问题。图1给出了几种热力学系统的示意图。
根据系统与外界是否有物质交换，热力学系统又分为闭口系统与开口系统。在流体力学中把研究对象分为体系和控制体。体系表示一团特定的流体，对应于热力学中的闭口系统；控制体指一个流体可以进出的空间，对应于热力学中的开口系统。
热力学中的闭口系统和流体力学中的体系对应的概念是相同的，但应用时的侧重不同。流体力学一般研究的是运动着的流体，为了简化问题经常忽略流体与外界的换热。而热力学一般研究准静态的问题，忽略流体的动能而研究相对静止的流体，系统与外界的换热经常是重要的研究内容。
为了简化问题，热力学中定义了几种理想的系统，比如绝热系统和孤立系统等。绝热系统指与外界之间没有热量交换的系统，这个系统可以是闭口系统，也可以是开口系统。对于绝热的闭口系统，系统内外的流体没有热量和质量的交换，但可以有功的交换，比如完全密封且绝热的汽缸仍然可以和外界进行能量交换，是通过活塞移动做功实现的。对于绝热的开口系统，有流体进出的边界上，流体和相应上下游的环境流体之间无热量传递，但可以有内能和动能的流入和流出，以及推动功的交换。
孤立系统是指与外界之间没有任何物质与能量交换的系统，从热力学的角度来说这个系统与外界没有任何关系。现实中并不存在绝对的孤立系统，只有近似的孤立系统。有一个相对严谨的孤立系统定义，就是把系统和外界加起来，就称为孤立系统了。其实也就是把一切都包含进来，既然不再有外界，也就不再有与外界的关系了，于是称为孤立系统。
图2给出了三种系统的示意图，图3和图4则分别给出了气体动力学中常见的绝热闭口系统和绝热开口系统与外界功的交换。