Kui protsessi käigus ei muutu ideaalse gaasi temperatuur, nimetatakse seda isotermiliseks prot­ses­siks.

Kuna protsessi käigus jääb temperatuur samaks ehk T₁ = T_N, siis võtab isotermilist protsessi kirjeldaval ideaalse gaasi olekuvõrrand kuju:

Seda avaldist tuntakse ka kui Boyle’ – Mariotte’i seadusena, kes on vastavalt inglise ja prantsuse tead­lased, kes nimetatud seadus­pä­rasuse teineteisest sõltumatult avastasid.

Seadusest nähtub, et kui jääval tem­pe­ra­tuuril gaasi kokku suruda (ruumala vä­heneb), siis suureneb gaasi rõhk, kui aga gaas paisub jääval temperatuuril, siis rõhk väheneb.

Isotermiliseks võime lugeda prot­sessi, mis toimub auto sisepõlemismootorites, kui kütusesegu plah­va­tab ning seejärel kiiresti paisub, liigutades samal ajal silindris liikuvat kolbi. Isotermilisi protsesside kasutataksegi peamiselt gaaside siseenergia muutmisel mehaaniliseks tööks.