Termodynaaminen tasapaino kuvaa järjestelmää, jonka ominaisuudet eivät muutu ilman jonkinlaista ulkoista häiriötä. Toisin sanoen termodynaamisessa tasapainossa oleva järjestelmä ei muutu, ellei siihen lisätä tai vähentää mitään. Esimerkki tästä on haalea juoma. Juoma on saattanut alkaa kylmänä, mutta ilmasta tuleva lämpö siirtyy kylmään juomaan ja tekee siitä lämpimämmän, kunnes lämpötila on sama kuin ilman – saavuttaen siten termodynaamisen tasapainon. Lisäksi koska lämpö siirtyy ilmasta juomaan, myös kupin ympärillä oleva ilma muuttuu viileämmäksi.
Prosessia, jota järjestelmä käyttää termodynaamisen tasapainon saavuttamiseen, kuvataan kahdessa fysiikan laissa: ensimmäisessä termodynamiikan laissa ja toisessa termodynamiikan laissa. Ensimmäinen laki sanoo, että energiaa ei voida luoda tai tuhota, sitä voidaan vain siirtää. Toinen laki sanoo, että eristetyssä järjestelmässä entropia kasvaa, kunnes tasapaino saavutetaan. Tämä on termodynaamisen tasapainon ydin. Jotta esine saavuttaisi termodynaamisen tasapainon, on täytettävä kolme ehtoa: kemiallinen tasapaino, mekaaninen tasapaino ja terminen tasapaino.
Mekaaninen tasapaino kuvaa, mitä tapahtuu, kun järjestelmässä tai järjestelmässä ja sen ympäristössä ei ole epätasapainoisia voimia. Tämä tarkoittaa, että voimien on oltava yhtä suuria järjestelmässä ja järjestelmässä ja sen ympäristössä. Yksi tällainen voima on paine. Jos paine on sama järjestelmässä ja järjestelmässä ja sen ympäristössä, mekaaninen tasapaino saavutetaan. Jos mekaanista tasapainoa ei ole, järjestelmä pyrkii saavuttamaan tasapainon.
Jotta järjestelmä olisi kemiallisessa tasapainossa, kemiallisia nettoreaktioita ei pitäisi tapahtua. Joissakin järjestelmissä tämä voi tarkoittaa, että kemialliset reaktiot ovat pysähtyneet. Muissa järjestelmissä tämä voi kuitenkin tarkoittaa, että järjestelmä on saavuttanut dynaamisen tasapainon. Dynaaminen tasapaino kuvaa tilaa, jossa eteenpäin- ja varareaktiot tapahtuvat siten, että reagoivien aineiden nettomäärä pysyy muuttumattomana. Kemiallisessa tasapainossa on myös välttämätöntä, että aine ei liiku alueelta toiselle, kuten mitä tapahtuu, kun diffuusio tapahtuu.
Kun esine on lämpötilan tasapainossa, lämpötilan on oltava sama. Esimerkki haaleasta juomasta on esimerkki järjestelmästä, joka saavuttaa lämpötilan tasapainon. Kun esine joutuu lämpökosketukseen toisen esineen, kuten ilman, kanssa, lämpö siirtyy korkeammasta pitoisuudesta pienempään – eli kuumasta kylmään. Tämä tarkoittaa muuten sitä, että jää ei jäähdytä juomaa, vaan juoma lämmittää jäätä. Lämpö siirtyy edelleen korkeasta pitoisuudesta matalaan, kunnes molemmat kohteet ovat samassa lämpötilassa ja saavutetaan terminen tasapaino.