Charlesov zakon opisuje odnos između volumena i temperature plina. Za zakon je francuskom znanstveniku Jacquesu Charlesu zaslužan kemičar Joseph Louis Gay-Lussac, također iz Francuske. Jednostavno rečeno, ako tlak ostane konstantan, volumen plina podijeljen s njegovom temperaturom jednak je konstanti. Može se zaključiti iz jednadžbe idealnog plina, PV=nRT, gdje je P tlak, V volumen, n broj molova plina, R idealna plinska konstanta i T Kelvinova temperatura. Prepisivanjem jednadžbe, V/T=(nR/P). Budući da je P konstantan, V/T=(konstanta).
Budući da je omjer jednak konstanti, V/T=K, nova temperatura i volumen za isti plin može se napisati V1/T1=K, što dovodi do V/T= V1/T1. Iako je ovaj fizički odnos istinit za idealni plin, matematičko odstupanje se događa u stvarnom svijetu, budući da veličina čestica i interaktivne sile nisu uzete u obzir. Ipak, ako je temperatura visoka, a tlak nizak, volumen čestica postaje nevažan. Slično, budući da je tlak nizak, čestice su udaljene jedna od druge. Time se smanjuje interakcija sila između čestica, koja se smanjuje s kvadratom udaljenosti, čineći je beznačajnom.
Iako je Charlesov zakon jednostavan, on objašnjava mnoga svakodnevna zapažanja. Kvasac u tijestu ispušta sitne mjehuriće plina ugljičnog dioksida. Pečenje tog tijesta proširuje mjehuriće, dajući laganija i pahuljasta peciva. Zagrijavanje vode u kotlu proizvodi veliku paru, koja se koristi za pogon parnih strojeva i održavanje topline učionica. Automobilski motor na benzin sagorijeva gorivo, stvarajući ogromnu toplinu koja širi plinove izgaranja kako bi pokrenuli klipove koji okreću radilicu i pogone vozilo.
Charlesov zakon se također pokazuje kad god osoba otvori bocu ili limenku piva ili gaziranog pića. Spremnici ovih napitaka u sebi imaju ugljični dioksid pod pritiskom. Ako je limenka ili boca s napitkom hladna, otvaranje gornjeg dijela rezultira vrlo malom ekspanzijom plina. S istim napitkom na vrućoj temperaturi, plin ugljični dioksid će se proširiti u mnogo većem stupnju. To može uzrokovati da neki od sadržaja ispuca iz limenke na potrošača.
Još jedna jednostavna primjena u kojoj Charlesov zakon može baciti svjetlo je punjenje balona. Volumen (V), gustoća (D) i masa (M) podliježu odnosu D=M/V. Preuređivanje daje V=M/D. Zamjena ovoga u Charlesov zakon V/T=(konstanta) daje M/DT=(konstanta). Ova izmjena zakona kaže da ako se balon napuni plinom, a temperatura se smanji, gustoća će se povećati. Ako balon dosegne točku gdje vanjski zrak ima gustoću sličnu onoj unutar balona, balon se neće dalje dizati.