Einige chemische Wirkungen verlaufen irreversibel in eine Richtung. Ein Beispiel dafür ist die Verbrennung von Wasserstoff (H) in Sauerstoff (O) zu Wasser, wie in der Formel 2 H2 + O2 => 2 H2O dargestellt. Die umgekehrte Reaktion, 2 H2O => 2 H2 + O2, findet unter diesen Bedingungen nicht statt, egal wie viel Zeit vergeht. Es gibt reversible Reaktionen, wie der Chemiker Claude-Louis Berthollet 1803 entdeckte. Reversible Reaktionen verlaufen in eine Richtung, bis die umgekehrten Reaktionen die bevorzugten werden, was zu einem Gleichgewicht führt und die Berechnung von Gleichgewichtskonstanten ermöglicht.
Solche Gleichgewichtskonstanten wurden aus mathematischen Beziehungen abgeleitet, die im Laufe der Zeit durch die Bemühungen vieler Wissenschaftler aufgedeckt wurden. Diese Beziehungen nutzen die Konzentrationsverhältnisse gelöster Spezies im Reaktionssystem. Ein einfaches Beispiel ist die Ionisierung von Essigsäure. Ein anderer ist der reversible Abbau des Gases Distickstofftetroxid. In diesen, wie in allen Beispielen, hängen die Gleichgewichtskonstanten von den Systembedingungen wie der Temperatur ab.
Essigsäure dissoziiert in ein positives Wasserstoffion plus ein negatives Acetation. Was die Reaktion zu einer reversiblen Reaktion macht, ist, dass diese Ionen zu Säuremolekülen rekombinieren können und werden. Andere Essigsäuremoleküle dissoziieren dann, um die rekombinierten zu ersetzen. Das Ergebnis ist ein Gleichgewicht, das zu einem mathematischen Ausdruck führt. Ionen- und Säurekonzentrationen beziehen sich auf die Gleichgewichtskonstante durch den Ausdruck K = [H+][Ac-]/[HAc]. Logischerweise ist die Gleichgewichtskonstante für die Rückreaktion die Umkehrung dieses K, da die Säurekonzentration zum Zähler und die Ionenkonzentration zum Nenner wird.
Für Distickstofftetroxid, das Stickstoff (N) und Sauerstoff enthält, wird die chemische Reaktion N2O4 ⇆ 2 NO2 geschrieben. Jede Änderung des Verhältnisses dieser beiden Spezies in einem geschlossenen System hängt von der Änderung des Systemdrucks ab; für jedes sich zersetzende Tetroxid-Molekül bilden sich zwei Stickstoffdioxid-Moleküle, die den Druck erhöhen. Dies erfordert Energie und benachteiligt bis zu einem gewissen Punkt die Spaltung. Die Gleichung lautet K = [NO2][NO2]/[N2O4]. Bei Essigsäure ist die Gleichgewichtskonstante für die Rückreaktion, wie für alle Gleichgewichtskonstanten für alle Rückreaktionen, die Umkehrung dieses K.
Irreversible Reaktionen gehorchen denselben mathematischen Beziehungen wie reversible Reaktionen. In solchen Fällen wird der Nenner jedoch entweder 0 oder unendlich, wenn man die Hin- oder Rückreaktion betrachtet. Dies deutet auf eine Gleichgewichtskonstante mit einem entgegengesetzten Wert von unendlich oder von 0 hin. Solche Informationen sind nutzlos. Interessant ist auch die Möglichkeit, eine Reaktion zum Abschluss zu bringen und sie irreversibel zu machen, indem eines der Produkte aus dem System entfernt wird, beispielsweise durch eine semipermeable Membran, die die Reaktanten zurückhält.