熱力學平衡是熱力學的一個公理化概念。它是單個熱力學系統的內部狀態，或由或多或少的可滲透或不可滲透的壁連接的幾個熱力學系統之間的關系。在熱力學平衡中，系統內或系統之間沒有物質或能量的宏觀凈流動。在一個自身處于內部熱力學平衡狀態的系統中，不會發生宏觀變化。

處于相互熱力學平衡的系統同時處于相互熱平衡、機械平衡、化學平衡和輻射平衡。系統可以處于一種相互平衡狀態，而不能處于其他平衡狀態。在熱力學平衡中，各種平衡同時無限期地保持，直到受到熱力學操作的干擾。在宏觀平衡中，發生完全或幾乎完全平衡的微觀交換；這是對宏觀平衡概念的物理解釋。

處于內部熱力學平衡狀態的熱力學系統具有空間均勻的溫度。除了溫度之外，它的密集特性可能會被周圍環境施加在它上面的不變的長程力場驅動到空間不均勻性。

相比之下，在處于非平衡狀態的系統中，存在物質或能量的凈流動。如果這些變化可以在尚未發生的系統中觸發發生，則稱該系統處于亞穩態。

雖然不是一個廣泛命名的“定律”，但存在熱力學平衡狀態是熱力學的一個公理。熱力學第二定律指出，當一個孤立的材料體從平衡狀態開始時，它的一部分通過或多或少可滲透或不可滲透的分區保持在不同的狀態，并且熱力學操作消除或使分區更具滲透性，然后它自發地達到它自己的新的內部熱力學平衡狀態，這伴隨著部分熵總和的增加。

• 對于完全孤立的系統，S在熱力學平衡時xxx。
• 對于在受控恒定溫度和體積下的封閉系統，A在熱力學平衡時最小。
• 對于在受控的恒定溫度和壓力下沒有施加電壓的封閉系統，G在熱力學平衡時最小。

各種類型的平衡實現如下：

• 當兩個系統的溫度相同時，它們處于熱平衡狀態。
• 當壓力相同時，兩個系統處于機械平衡狀態。
• 當化學勢相同時，兩個系統處于擴散平衡。
• 所有的力量都是平衡的，沒有明顯的外部驅動力。

通常，一個熱力學系統的周圍環境也可以被視為另一個熱力學系統。在這種觀點下，人們可以將系統及其周圍環境視為兩個相互接觸的系統，遠程力也將它們連接起來。系統的外殼是兩個系統之間的鄰接或邊界表面。在熱力學形式中，該表面被認為具有特定的滲透性。例如，可能假定鄰接表面僅可透過熱，從而僅允許能量以熱的形式傳遞。然后，當長程力不隨時間變化并且它們之間的能量傳遞減慢并最終xxx停止時，就可以說這兩個系統處于熱平衡狀態；這是接觸平衡的一個例子。當兩個系統相對于一種特定的滲透率處于接觸平衡狀態時，它們具有屬于該特定類型滲透率的強度變量的共同值。這種密集變量的例子是溫度、壓力、化學勢。

接觸平衡也可以被視為交換平衡。在接觸平衡的兩個系統之間，某些量的轉移速率為零平衡。例如，對于僅可透熱的墻，兩個系統之間作為熱能的內能擴散速率相等且相反。兩個系統之間的絕熱墻僅對作為功傳遞的能量是“可滲透的”；在機械平衡時，它們之間作為功的能量轉移速率相等且相反。如果墻是一堵簡單的墻，那么穿過它的體積傳遞率也是相等且相反的；并且它兩側的壓力是相等的。如果絕熱墻更復雜，具有某種xxx作用，具有面積比，則交換平衡的兩個系統的壓力與體積交換比成反比；這保持了傳輸率的零平衡作為工作。

輻射交換可以發生在兩個獨立的系統之間。當兩個系統具有相同的溫度時，輻射交換平衡占優勢。

一組物質可能與周圍環境完全隔離。如果它在無限長的時間內不受干擾，經典熱力學假定它處于其中沒有發生變化的狀態，并且其中沒有流動。這是內部平衡的熱力學狀態。（這個假設有時但不經常被稱為熱力學的“負xxx”定律。一本教科書稱其為“第零定律”，并指出作者認為這更合適這個標題比它更習慣的定義，這顯然是由Fowler提出的。）

這種狀態是所謂的經典或平衡熱力學的主要關注點，因為它們是系統中xxx被認為在該主題中定義良好的狀態。一個與另一個系統處于接觸平衡狀態的系統可以通過熱力學操作被隔離，并且一旦發生隔離，它不會發生任何變化。因此，一個與另一個系統處于接觸平衡關系的系統也可以被視為處于其自身的內部熱力學平衡狀態。

BCEu明確區分了“熱平衡”和“熱力學平衡”。他考慮了兩個熱接觸系統，一個是溫度計，另一個是其中有幾個發生不可逆過程的系統，需要非零通量；這兩個系統被一堵只透熱的墻隔開。他考慮了這樣一種情況，即在感興趣的時間范圍內，溫度計讀數和不可逆過程都是穩定的。然后是沒有熱力學平衡的熱平衡。因此，Eu提出即使不存在熱力學平衡，也可以認為熱力學第零定律適用；他還提出，如果變化發生得如此之快以至于無法定義穩定的溫度，那么“不再可能用熱力學形式來描述這個過程。換句話說，熱力學對這樣的過程沒有意義。”這說明了溫度概念對熱力學的重要性。

當彼此熱接觸的兩個系統不再進行凈能量交換時，就實現了熱平衡。因此，如果兩個系統處于熱平衡狀態，則它們的溫度相同。

當系統的宏觀熱可觀測值不再隨時間變化時，就會出現熱平衡。例如，一種理想氣體，其分布函數已穩定到特定的麥克斯韋-玻爾茲曼分布，將處于熱平衡狀態。該結果允許將單個溫度和壓力歸因于整個系統。對于一個孤立的物體，很可能在達到熱平衡之前達到機械平衡，但最終，平衡的所有方面，包括熱平衡，都是熱力學平衡所必需的。

系統的內部熱力學平衡狀態應與熱力學參數不隨時間變化但系統不是孤立的“穩態”相區別，因此在系統內外都有非零宏觀通量時間不變。

非平衡熱力學是熱力學的一個分支，它處理不處于熱力學平衡的系統。自然界中發現的大多數系統都不處于熱力學平衡狀態，因為它們隨著時間的推移而變化或可能被觸發變化，并且連續和不連續地受到進出其他系統的物質和能量的流動。非平衡系統的熱力學研究需要比平衡熱力學處理的更一般的概念。許多自然系統今天仍然超出目前已知的宏觀熱力學方法的范圍。

管理遠離平衡的系統的法律也值得商榷。這些系統的指導原則之一是xxx熵生產原則。它指出，非平衡系統的演化是為了最大化其熵產生。