In termodinamica, l'equilibrio viene mantenuto tra i componenti di un sistema o tra più sistemi quando lo scambio netto di energia meccanica, chimica e termica tra i componenti è pari a zero. I sistemi in equilibrio non hanno macroscopica netta flusso di qualsiasi forma di materia o energia.
Un sistema isolato è uno che non ha interazioni a lungo raggio con l'ambiente circostante. È completamente protetto da tutti gli scambi di massa ed energia con il mondo esterno. Si dice che un tale sistema termodinamico isolato sia in equilibrio quando è isotermico e isobarico. Tutti i punti nel sistema sono alla stessa temperatura e pressione. Il sistema è anche spazialmente omogeneo in tutti gli altri aspetti; non ci sono gradienti di concentrazione tra i diversi costituenti che compongono il sistema.
Sistemi multipli in equilibrio sono estensioni di singoli sistemi; sono inoltre privi di qualsiasi scambio di proprietà fisiche da un sistema all'altro. La definizione di tali semplici sistemi in equilibrio è la legge zeroth della termodinamica.
I sistemi che non sono in equilibrio tendono all'equilibrio. Ad esempio, una barra metallica che è calda su un'estremità e fredda sull'altra può essere vista come un sistema che non è in equilibrio termico. Se l'asta è completamente isolata contro qualsiasi perdita di energia nell'ambiente, il calore si ridistribuisce fino a quando l'asta non si trova alla stessa temperatura.
