等温膨胀可以这样理解:设有一个密封的汽缸中，有一个带着连杆的活塞（与汽缸壁密封气体但可沿汽缸内壁滑动），这时汽缸外壁与温度恒定的热源热接触（热量可以透过能传热的汽缸壁材料由热源传导给密封在汽缸内的气体），这时汽缸内的气体就能从热源等温地（实际上气体的温度应该比热源的温度低一个很小的温差）吸收热量推动活塞对外界作正功。
等温膨胀即是指热力学系统在恒定温度下发生的各种物理或化学过程。在整个等温过程中，热量的传递使系统与其外界处于热平衡状态。由于体系经历绝热过程，故与外界无热交换。又由于气体向真空自由膨胀，外压为零，故体系对环境做功也为零。
由热力学第一定律可得体系内能的变化为零，理想气体的内能只是温度的函数，所以理想气体绝热自由膨胀后温度将恢复原来的温度。
等温膨胀：温度不变，体积变大，压力减小。(气体物质的量不变的前提下)
英国化学家波义耳提出：在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的压强和体积成反比关系，称之为玻意耳定律。
等温过程为热力学系统始末态温度相等，且等于环境的温度，在整个过程中环境的温度不变的热力学过程。