Да, закон сохранения энергии выполняется при тепловом равновесии. При этом процессы, протекающие в системе, могут изменять форму энергии (например, тепловую, механическую или электрическую), но суммарная энергия в системе остается постоянной. Даже если происходит обмен теплом между различными телами, суммарная энергия в системе остается постоянной, при условии отсутствия работы, совершаемой над системой или проводимой ею.