Il bilancio termico si ottiene quando la quantità di calore che entra in un sistema è uguale alla quantità di calore che ne esce. La temperatura complessiva di un sistema in bilancio termico rimane stabile nel tempo. In alcuni casi, può essere utilizzato invece il termine bilancio energetico. I sistemi nei campi della biologia, della geologia, della produzione e della progettazione di veicoli spaziali spesso devono essere mantenuti a temperature stabili per funzionare correttamente.
L’omeostasi negli animali include il concetto di mantenere la temperatura interna dell’animale relativamente stabile. In molti organismi, inclusi mammiferi e uccelli, la quantità di calore che esiste all’interno dell’organismo deve rimanere costante perché anche lievi fluttuazioni di calore possono causare la morte dell’organismo. Gli animali perdono calore attraverso la pelle e generano calore attraverso il loro metabolismo per compensare l’aumento e la diminuzione delle temperature esterne. Quando la quantità di calore che si irradia dall’animale e la quantità di calore generata o assorbita dall’animale sono relativamente uguali, quell’animale è in uno stato di equilibrio termico.
In geologia, il termine bilancio termico si riferisce alla quantità di calore assorbita e rilasciata da un intero pianeta. Un pianeta è riscaldato dal sole e, in piccola parte, dal rilascio di magma dal nucleo del pianeta. Il pianeta irradia parte di quel calore nello spazio. Il bilancio termico è un concetto geologicamente importante perché se il pianeta non è in uno stato di relativo equilibrio per quanto riguarda il calore, le temperature medie possono aumentare o diminuire, creando o il riscaldamento globale o il raffreddamento globale. Anche un leggero cambiamento nel bilancio termico di un pianeta può influenzare gli organismi che lo abitano.
L’equilibrio termico è un concetto importante in ingegneria perché molte macchine funzioneranno solo entro un determinato intervallo di temperature. I dispositivi chiamati dissipatori di calore vengono utilizzati per aiutare a irradiare il calore in eccesso dai componenti elettrici in modo che le macchine possano mantenere una temperatura stabile. Allo stesso modo, i veicoli spaziali devono mantenere temperature relativamente stabili ma sono esposti a più calore mentre si muovono verso una fonte di calore, come il sole o un pianeta. Progettare queste imbarcazioni con sistemi di bilanciamento del calore adattabili consente loro di continuare a funzionare mentre viaggiano nello spazio.
Quando gli ingegneri progettano le fabbriche, deve essere preso in considerazione il bilancio termico delle operazioni della fabbrica. In molti casi, il calore viene emesso da una fabbrica sotto forma di fumo o vapore. Ciò può sprecare energia che la fabbrica potrebbe riciclare, contribuendo a ridurre i costi operativi. Una fabbrica con un buon bilancio termico trova un impiego per la maggior parte del calore aggiuntivo che crea.