在熱力學中，物種的化學勢是由于給定物種的粒子數變化而可以吸收或釋放的能量，例如。 在化學反應或相變中。 混合物中物質的化學勢被定義為熱力學系統的自由能變化率相對于添加到系統中的物質的原子或分子數量的變化。 因此，它是自由能相對于物質數量的偏導數，混合物中所有其他物質的濃度保持不變。 當溫度和壓力都保持恒定且粒子數以摩爾表示時，化學勢是偏摩爾吉布斯自由能。 在化學平衡或相平衡時，化學勢和化學計量系數的乘積的總和為零，因為自由能處于最小值。 在擴散平衡的系統中，任何化學物質的化學勢在整個系統中各處都相同。

在半導體物理學中，電子系統在零xxx溫度下的化學勢被稱為費米能量。

粒子傾向于從較高的化學勢移動到較低的化學勢，因為這會降低自由能。 這樣，化學勢是物理學中勢的概括，例如引力勢。 當球從山上滾下時，它正在從較高的重力勢能（較高的內能因此較高的工作潛力）移動到較低的重力勢能（較低的內能）。 同樣，當分子移動、反應、溶解、熔化等時，它們總是自然地傾向于從較高的化學勢變為較低的化學勢，從而改變粒子數，這是化學勢的共軛變量。

一個簡單的例子是在均勻環境中擴散的稀釋分子系統。 在這個系統中，分子傾向于從高濃度區域移動到低濃度區域，直到最終，各處的濃度都相同。 對此的微觀解釋是基于動力學理論和分子的隨機運動。 然而，用化學勢來描述這個過程更簡單：對于給定的溫度，分子在高濃度區域具有較高的化學勢，在低濃度區域具有較低的化學勢。 分子從較高化學勢向較低化學勢的運動伴隨著自由能的釋放。 因此，這是一個自發的過程。

另一個例子，不是基于濃度而是基于相位，是在 0°C 以上的盤子上的冰塊。 在 0°C 以上，處于固相（冰）中的 H2O 分子比處于液相（水）中的水分子具有更高的化學勢。 當一些冰融化時，H2O 分子從固體轉變為化學勢較低的溫度較高的液體，因此冰塊會收縮。 在熔點溫度 0°C 下，水和冰的化學勢相同； 冰塊既不增長也不收縮，系統處于平衡狀態。

醋含有醋酸。 當酸分子解離時，未解離的酸分子 (HA) 的濃度降低，產物離子（H+ 和 A-）的濃度增加。 因此，HA 的化學勢降低，H+ 和 A- 的化學勢之和增加。 當反應物和產物的化學勢之和相等時，系統處于平衡狀態，并且反應沒有向前或向后方向進行的趨勢。 這就解釋了為什么醋是酸性的，因為醋酸會在一定程度上解離，將氫離子釋放到溶液中。

化學勢在多相平衡化學的許多方面都很重要，包括熔化、沸騰、蒸發、溶解度、滲透、分配系數、液-液萃取和色譜法。

在每種情況下，給定物質在平衡狀態下的化學勢在系統的所有相中都是相同的。

在電化學中，離子并不總是傾向于從較高的化學勢向較低的化學勢發展，但它們確實總是從較高的電化學勢向較低的電化學勢發展。 電化學勢完全表征了對離子運動的所有影響，而化學勢包括除電力之外的一切。

與所有強度量一樣，物種 i（原子、分子或核）的化學勢 μi 由熱力學現象學基本方程定義。