Das thermodynamische Gleichgewicht beschreibt ein System, dessen Eigenschaften sich ohne eine Art äußerer Einwirkung nicht ändern. Mit anderen Worten, ein System im thermodynamischen Gleichgewicht ändert sich nicht, es sei denn, es wird etwas hinzugefügt oder davon abgezogen. Ein Beispiel hierfür ist ein lauwarmes Getränk. Das Getränk hat vielleicht kalt begonnen, aber die Wärme aus der Luft wird in das kalte Getränk übergehen und es wärmer machen, bis es die gleiche Temperatur wie die Luft hat – und so das thermodynamische Gleichgewicht erreicht. Darüber hinaus wird die Luft um die Tasse herum kühler, da Wärme von der Luft in das Getränk gelangt.
Der Prozess, den ein System verwendet, um ein thermodynamisches Gleichgewicht zu erreichen, wird in zwei physikalischen Gesetzen beschrieben: dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik und dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Das erste Gesetz besagt, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur übertragen werden kann. Der zweite Hauptsatz besagt, dass in einem isolierten System die Entropie zunimmt, bis das Gleichgewicht erreicht ist. Dies ist die Essenz des thermodynamischen Gleichgewichts. Damit ein Objekt thermodynamisches Gleichgewicht erreicht, müssen drei Bedingungen erfüllt sein: chemisches Gleichgewicht, mechanisches Gleichgewicht und thermisches Gleichgewicht.
Mechanisches Gleichgewicht beschreibt, was passiert, wenn in einem System oder mit einem System und seiner Umgebung keine unausgeglichenen Kräfte vorhanden sind. Das bedeutet, dass die Kräfte in einem System und in einem System und seiner Umgebung gleich sein müssen. Eine solche Kraft ist Druck. Bei gleichem Druck im System und mit dem System und seiner Umgebung stellt sich ein mechanisches Gleichgewicht ein. Wenn kein mechanisches Gleichgewicht besteht, versucht das System, ein Gleichgewicht zu erreichen.
Damit sich ein System im chemischen Gleichgewicht befindet, sollten keine chemischen Nettoreaktionen ablaufen. In manchen Systemen kann dies bedeuten, dass chemische Reaktionen zum Stillstand gekommen sind. In anderen Systemen kann dies jedoch bedeuten, dass ein System ein dynamisches Gleichgewicht erreicht hat. Dynamisches Gleichgewicht beschreibt einen Zustand, in dem Vorwärts- und Reservereaktionen so ablaufen, dass die Nettomenge der Reaktanten unverändert bleibt. Im chemischen Gleichgewicht ist es auch notwendig, dass sich Materie nicht von einem Bereich in einen anderen bewegt, wie es beispielsweise bei einer Diffusion geschieht.
Wenn sich ein Objekt im thermischen Gleichgewicht befindet, müssen die Temperaturen gleich sein. Das Beispiel des lauwarmen Getränks ist ein Beispiel für ein System, das ein thermisches Gleichgewicht erreicht. Wenn ein Objekt mit einem anderen Objekt, beispielsweise Luft, in Wärmekontakt kommt, bewegt sich die Wärme von einer höheren Konzentration zu einer niedrigeren Konzentration, d. h. von heiß zu kalt. Das bedeutet übrigens, dass Eis ein Getränk nicht kühlt, sondern das Getränk das Eis erhitzt. Die Wärme bewegt sich weiter von hoher Konzentration zu niedriger, bis beide Objekte die gleiche Temperatur haben und das thermische Gleichgewicht erreicht ist.