Thermisches Gleichgewicht wird erreicht, wenn zwei Objekte oder Systeme die gleiche Temperatur erreichen und den Energieaustausch durch Wärme einstellen. Wenn zwei Objekte zusammen platziert werden, verliert das Objekt mit mehr Wärmeenergie diese Energie an das Objekt mit weniger Wärmeenergie. Schließlich werden ihre Temperaturen gleich sein und sie hören auf, Wärmeenergie auszutauschen, da kein Objekt wärmer oder kühler ist als das andere. Zu diesem Zeitpunkt befinden sie sich in einem thermischen Gleichgewicht.
Der thermische Kontakt ist ein wichtiges Konzept in Bezug auf das thermische Gleichgewicht. Mehrere Systeme gelten als in thermischem Kontakt, wenn sie in der Lage sind, die Temperaturen der anderen zu beeinflussen. Wird eine Flasche Soda aus dem Kühlschrank genommen und auf die Küchentheke gestellt, die Zimmertemperatur hat, stehen die Theke und die Sodaflasche in thermischem Kontakt. Wärmeenergie von der Theke fließt in die kalte Sodaflasche. Schließlich sind ihre Temperaturen gleich und sie befinden sich in einem Zustand des thermischen Gleichgewichts.
Bei thermischen Systemen mit Objekten in thermischem Kontakt fließt Wärme vom wärmeren Objekt, das mehr Wärmeenergie enthält, zum kühleren Objekt, das weniger Wärmeenergie enthält. Daher können Objekte und Systeme entweder Wärme aufnehmen oder verlieren. Sie können jedoch technisch gesehen keine Kälte gewinnen oder verlieren, da es keine separate „kalte Energie“ gibt. In einem thermischen System verliert das wärmere Objekt Wärmeenergie an das kühlere Objekt, bis ein Gleichgewicht erreicht ist.
Das Konzept des thermischen Gleichgewichts wird am häufigsten auf dem Gebiet der Chemie verwendet und untersucht, insbesondere in der Thermodynamik. Thermodynamik wird normalerweise in Chemiekursen an Gymnasien als Einführungsstufe gelehrt, aber es ist ein sehr komplexes Thema, das den Schülern erst im fortgeschrittenen Chemie- und Physikunterricht am College vollständig erklärt wird.
Neben seinem Platz im Labor nimmt das thermische Gleichgewicht einen sehr wichtigen Platz in der Natur ein. Chemische Systeme existieren in vielen lebenden und nicht lebenden Dingen in der Natur, und es ist sehr wichtig, diese Systeme in einem Gleichgewichtszustand zu halten. Im menschlichen Körper beispielsweise sind Enzyme an unzähligen lebenswichtigen chemischen Reaktionen beteiligt. Enzyme werden jedoch nutzlos, wenn sie eine zu hohe oder zu niedrige Temperatur erreichen. Sie müssen in einem konstanten Gleichgewicht bleiben, um funktionsfähig zu bleiben, und sie müssen funktionsfähig bleiben, damit der menschliche Körper selbst funktionieren kann.