ในระบบกำลังของไหลของเหลวทำงานคือแก๊สหรือของเหลวที่ทำหน้าที่ถ่ายโอนแรงการเคลื่อนที่หรือพลังงานกล เป็นหลัก ในระบบไฮดรอ ลิ กน้ำหรือของเหลวไฮดรอลิกจะถ่ายโอนแรงระหว่างส่วนประกอบไฮดรอลิก เช่นปั๊มไฮดรอ ลิก กระบอกไฮดรอลิกและมอเตอร์ไฮดรอลิกที่ประกอบกันเป็นเครื่องจักรไฮ ดรอลิ ก ระบบขับเคลื่อนไฮดรอลิ ก เป็นต้น ในระบบนิวแมติกของเหลวทำงานคืออากาศหรือแก๊สอื่น ๆ ซึ่งถ่ายโอนแรงระหว่างส่วนประกอบนิวแมติก เช่นคอมเพรสเซอร์ปั๊มสุญญากาศกระบอกนิวแมติกและมอเตอร์นิวแมติกในระบบนิวแมติก แก๊สทำงานยังเก็บพลังงานไว้ ด้วย เพราะสามารถบีอัดได้ (แก๊สจะร้อนขึ้นเมื่อถูกบีอัดและเย็นลงเมื่อขยายตัว แก๊สบางชนิดยังควบแน่นเป็นของเหลวเมื่อถูกบีอัดและเดือดเมื่อความดันลดลง)

สำหรับการถ่ายเทความร้อน แบบพาสซีฟ สารทำงานคือแก๊สหรือของเหลว ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าสารหล่อเย็นหรือสารถ่ายเทความร้อน ที่ทำหน้าที่ถ่ายเทความร้อนเข้าหรือออกจากบริเวณที่สนใจเป็นหลักโดยการนำ ความร้อน การพาความร้อนและ/หรือการพาความร้อนแบบบังคับ ( การระบายความร้อนด้วยของเหลว แบบปั๊ม การระบายความร้อนด้วยอากาศเป็นต้น)

สารทำงานในเครื่องยนต์ความร้อนหรือปั๊มความร้อนคือแก๊สหรือของเหลว ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าสารทำความเย็นสารหล่อเย็น หรือแก๊สทำงาน ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานความร้อน (การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ) ไปเป็นพลังงานกล (หรือในทางกลับกัน) โดยการเปลี่ยนแปลงสถานะและ/หรือความร้อนจากการอัดและการขยายตัว ตัวอย่างที่ใช้การเปลี่ยนแปลงสถานะ ได้แก่ น้ำ↔ไอน้ำในเครื่องยนต์ไอน้ำและสารทำความเย็นในระบบทำความเย็นแบบอัดไอและ ระบบ ปรับอากาศตัวอย่างที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงสถานะ ได้แก่ อากาศหรือไฮโดรเจนในเครื่องยนต์อากาศร้อนเช่นเครื่องยนต์สเตอร์ลิงอากาศหรือแก๊สในปั๊มความร้อนแบบวงจรแก๊สเป็นต้น (ปั๊มความร้อนและเครื่องยนต์ความร้อนบางชนิดใช้ "ของแข็งทำงาน" เช่น ยางรัด สำหรับการทำความเย็นแบบอิลาสโตแค ลอริก หรือการทำความเย็นแบบเทอร์โมอิลาสติก และนิกเกิลไทเทเนียมในเครื่องยนต์ความร้อนต้นแบบ)

สารทำงานอื่นๆ นอกเหนือจากอากาศหรือน้ำ จำเป็นต้องหมุนเวียนเป็นวงจร ระบบถ่ายเทความร้อนแบบไฮดรอลิกและระบบถ่ายเทความร้อนแบบพาสซีฟบางระบบเปิดรับน้ำประปาและ/หรือบรรยากาศภายนอก บางครั้งอาจผ่านตัวกรอง ระบายอากาศ เครื่องยนต์ความร้อน ปั๊มความร้อน และระบบที่ใช้ของเหลวระเหยง่ายหรือก๊าซพิเศษ มักจะปิดผนึกไว้หลังวาล์วระบายแรงดัน

คุณสมบัติของของเหลวที่ใช้ในการทำงานมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการอธิบายระบบทางเทอร์โมไดนามิกอย่างครบถ้วน แม้ว่าของเหลวที่ใช้ในการทำงานจะมีคุณสมบัติทางกายภาพมากมายที่สามารถกำหนดได้ แต่คุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกที่มักจำเป็นในการออกแบบและวิเคราะห์ทางวิศวกรรมนั้นมีเพียงไม่กี่อย่างความดันอุณหภูมิเอนทาลปี เอนโทรปีปริมาตรจำเพาะและพลังงานภายในเป็นคุณสมบัติที่พบได้บ่อยที่สุด

หากทราบคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกอย่างน้อยสองประการ ก็สามารถกำหนดสถานะของของเหลวที่ใช้ทำงานได้ โดยปกติจะทำได้โดยใช้แผนภาพคุณสมบัติ ซึ่งก็คือการพล็อตคุณสมบัติหนึ่งเทียบกับอีกคุณสมบัติหนึ่ง

เมื่อของไหลทำงานผ่านส่วนประกอบทางวิศวกรรม เช่นกังหันและคอมเพรสเซอร์จุดบนแผนภาพคุณสมบัติจะเคลื่อนที่เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นของคุณสมบัติบางอย่าง ดังนั้นในทางทฤษฎีจึงเป็นไปได้ที่จะวาดเส้น/เส้นโค้งที่อธิบายคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกของของไหลได้อย่างสมบูรณ์ แต่ในความเป็นจริงแล้ว สิ่งนี้สามารถทำได้ก็ต่อเมื่อกระบวนการนั้นผันกลับได้ เท่านั้น หากไม่เป็นเช่นนั้น การเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติจะแสดงเป็นเส้นประบนแผนภาพคุณสมบัติ ปัญหานี้ไม่ได้ส่งผลกระทบต่อการวิเคราะห์ทางเทอร์โมไดนามิกมากนัก เนื่องจากในกรณีส่วนใหญ่ สิ่งที่ต้องการคือสถานะสุดท้ายของกระบวนการ

ของเหลวทำงานสามารถนำไปใช้สร้างงาน ที่เป็นประโยชน์ได้ หากใช้ในกังหันนอกจากนี้ ในวัฏจักรทางเทอร์โมไดนามิก พลังงานอาจถูกป้อนเข้าสู่ของเหลวทำงานโดยใช้คอมเพรสเซอร์สูตรทางคณิตศาสตร์สำหรับเรื่องนี้อาจค่อนข้างง่ายหากเราพิจารณาถึงกระบอกสูบที่มีของเหลวทำงานอยู่ ลูกสูบใช้ในการป้อนงานที่เป็นประโยชน์ให้กับของเหลว จากกลศาสตร์ งานที่ทำจากสถานะที่ 1 ไปยังสถานะที่ 2 ของกระบวนการนั้นกำหนดโดย:

${\displaystyle W=-\int _{1}^{2}\mathbf {F} \cdot \mathrm {d} \mathbf {s} }$

โดยที่dsคือระยะทางที่เพิ่มขึ้นจากสถานะหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง และFคือแรงที่กระทำ มีการใช้เครื่องหมายลบเนื่องจากในกรณีนี้เป็นการพิจารณาการลดลงของปริมาตร สถานการณ์ดังกล่าวแสดงอยู่ในรูปต่อไปนี้:

แรงจะคำนวณได้จากผลคูณของความดันภายในกระบอกสูบและพื้นที่หน้าตัดของกระบอกสูบ ดังนี้

${\displaystyle {\begin{aligned}W&=-\int _{1}^{2}PA\cdot \mathrm {d} \mathbf {s} \\&=-\int _{1}^{2}P\cdot \mathrm {d} V\end{aligned}}}$

โดยที่A⋅ds = dVคือการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของกระบอกสูบ หากปริมาตรเพิ่มขึ้นจากสถานะที่ 1 ไปยังสถานะที่ 2 แสดงว่าของเหลวทำงานต่อสิ่งแวดล้อม และโดยทั่วไปจะแสดงด้วยงานที่เป็นลบ หากปริมาตรลดลง งานจะเป็นบวก ตามคำนิยามที่ให้ไว้กับอินทิกรัลข้างต้น งานที่ทำจะแสดงด้วยพื้นที่ใต้แผนภาพความดัน-ปริมาตรหากเราพิจารณากรณีที่กระบวนการมีความดันคงที่ งานจะคำนวณได้ง่ายๆ จาก

${\displaystyle {\begin{aligned}W&=-P\int _{1}^{2}\mathrm {d} V\\&=-P\cdot \left(V_{2}-V_{1}\right)\end{aligned}}}$

ขึ้นอยู่กับการใช้งาน สารทำงานที่ใช้จะมีหลายประเภท ในวัฏจักรทางเทอร์โมไดนามิก สารทำงานอาจเปลี่ยนสถานะจากแก๊สเป็นของเหลวหรือในทางกลับกัน แก๊สบางชนิด เช่น ฮีเลียม สามารถถือได้ว่าเป็นแก๊สในอุดมคติแต่โดยทั่วไปแล้วไอน้ำร้อนยวดยิ่งจะไม่เป็นเช่นนั้น และสมการของแก๊สในอุดมคติจึงใช้ไม่ได้จริง อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิสูงกว่ามาก สมการนี้ยังคงให้ผลลัพธ์ที่ค่อนข้างแม่นยำ คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของสารทำงานมีความสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบระบบเทอร์โมไดนามิก ตัวอย่างเช่น ในหน่วยทำความเย็น สารทำงานเรียกว่าสารทำความเย็นแอมโมเนียเป็นสารทำความเย็นทั่วไปและอาจใช้เป็นสารทำงานหลัก เมื่อเปรียบเทียบกับน้ำ (ซึ่งสามารถใช้เป็นสารทำความเย็นได้เช่นกัน) แอมโมเนียใช้ความดันค่อนข้างสูง จึงต้องการอุปกรณ์ที่แข็งแรงและมีราคาแพงกว่า

ในวัฏจักรมาตรฐานของอากาศ เช่นเดียวกับ วัฏจักร ของกังหันก๊าซสารทำงานคืออากาศ ในกังหันก๊าซแบบวัฏจักรเปิด อากาศจะเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ซึ่งความดันจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นคอมเพรสเซอร์จึงป้อนงานให้กับสารทำงาน (งานบวก) จากนั้นสารทำงานจะถูกส่งไปยังห้องเผาไหม้ ซึ่งในครั้งนี้จะมีการป้อนพลังงานความร้อนโดยการเผาไหม้เชื้อเพลิง อากาศจะขยายตัวในกังหัน จึงทำงานต้านสิ่งแวดล้อม (งานลบ)

สารทำงานแต่ละชนิดมีคุณสมบัติแตกต่างกัน และในการเลือกใช้สารทำงานชนิดใดชนิดหนึ่ง ผู้ออกแบบต้องพิจารณาความต้องการหลักๆ ในหน่วยทำความเย็น ความร้อนแฝงสูงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ได้กำลังการทำความเย็นสูง

ตารางต่อไปนี้แสดงการใช้งานทั่วไปของสารทำงานและตัวอย่างสำหรับแต่ละประเภท:

• รายชื่อก๊าซ
• เครื่องยนต์พลังน้ำ