El equilibrio termodinámico describe un sistema cuyas propiedades no cambiarán sin algún tipo de interferencia externa. En otras palabras, un sistema en equilibrio termodinámico no cambiará a menos que se le agregue o reste algo. Un ejemplo de esto es una bebida tibia. La bebida puede haber comenzado fría, pero el calor del aire pasará a la bebida fría y la calentará hasta que tenga la misma temperatura que el aire, alcanzando así el equilibrio termodinámico. Además, debido a que el calor se mueve del aire a la bebida, el aire inmediatamente alrededor de la taza también se enfriará.
El proceso que utiliza un sistema para alcanzar el equilibrio termodinámico se describe en dos leyes de la física: la Primera Ley de la Termodinámica y la Segunda Ley de la Termodinámica. La primera ley establece que la energía no se puede crear ni destruir, solo se puede transferir. La segunda ley dice que en un sistema aislado, la entropía aumentará hasta que se alcance el equilibrio. Ésta es la esencia del equilibrio termodinámico. Para que un objeto alcance el equilibrio termodinámico, deben cumplirse tres condiciones: equilibrio químico, equilibrio mecánico y equilibrio térmico.
El equilibrio mecánico describe lo que sucede cuando no hay fuerzas desequilibradas en un sistema o con un sistema y su entorno. Esto significa que las fuerzas deben ser iguales en un sistema y en un sistema y su entorno. Una de esas fuerzas es la presión. Si la presión es la misma en el sistema y con el sistema y su entorno, se alcanza el equilibrio mecánico. Si no hay equilibrio mecánico, el sistema se esforzará por alcanzar el equilibrio.
Para que un sistema esté en equilibrio químico, no debe haber reacciones químicas netas. En algunos sistemas, esto puede significar que las reacciones químicas se han detenido. Sin embargo, en otros sistemas esto puede significar que un sistema ha alcanzado el equilibrio dinámico. El equilibrio dinámico describe un estado en el que las reacciones directas y de reserva ocurren de tal manera que la cantidad neta de reactivos permanece sin cambios. En equilibrio químico, también es necesario que la materia no se mueva de un área a otra, como ocurre cuando se produce la difusión.
Cuando un objeto está en equilibrio térmico, las temperaturas deben ser las mismas. El ejemplo de la bebida tibia es un ejemplo de un sistema que alcanza el equilibrio térmico. Cuando un objeto entra en contacto térmico con otro objeto, como el aire, el calor pasará de una concentración más alta a una concentración más baja, es decir, de caliente a frío. Por cierto, esto significa que el hielo no enfría una bebida, sino que la bebida calienta el hielo. El calor continuará moviéndose de alta concentración a baja hasta que ambos objetos estén a la misma temperatura y se alcance el equilibrio térmico.