Izotermická zmena stavu pracovnej látky prebieha pri stálej teplote pracovnej látky. Rozlišujeme izotermickú expanziu, t. j. zväčšovanie objemu plynu pri stálej teplote, a izotermickú kompresiu, t. j. stláčanie plynu pri konštantnej teplote. 

Pri izotermickej zmene zostáva súčin merného objemu a tlaku plynu konštantný. Ak stlačíme napr. daný objem plynu izotermicky na 20 % pôvodnej veličiny, zväčší sa tlak plynu päťnásobne.