Lämpö tasapaino saavutetaan, kun kaksi esinettä tai järjestelmää saavuttaa saman lämpötilan ja lakkaa vaihtamasta energiaa lämmön kautta. Kun kaksi esinettä sijoitetaan yhteen, enemmän lämpöenergiaa sisältävä esine menettää tämän energian kohteelle, jolla on vähemmän lämpöenergiaa. Lopulta niiden lämpötilat ovat samat ja he lakkaavat vaihtamasta lämpöenergiaa, koska kumpikaan kohde ei ole muita lämpimämpi tai viileämpi. Tässä vaiheessa ne ovat lämpötilan tasapainossa.
Lämpökosketus on tärkeä termisen tasapainon käsite. Useiden järjestelmien katsotaan olevan lämpökontaktissa, jos ne voivat vaikuttaa muiden lämpötiloihin. Jos pullo soodaa poistetaan jääkaapista ja asetetaan keittiötasolle, joka on huoneenlämmössä, laskuri ja soodapullo ovat lämpökosketuksessa. Lämpöenergia laskurista virtaa kylmään soodapulloon. Lopulta niiden lämpötilat ovat yhtä suuret ja ne ovat lämpötilan tasapainossa.
Lämpöjärjestelmissä, joissa on esineitä, jotka ovat kosketuksissa lämpöön, lämpö virtaa lämpimämmästä esineestä, joka sisältää enemmän lämpöenergiaa, viileämpään esineeseen, joka sisältää vähemmän lämpöenergiaa. Siksi esineet ja järjestelmät voivat joko saada tai menettää lämpöä. Teknisesti he eivät kuitenkaan voi saada tai menettää kylmää, koska erillistä “kylmää energiaa” ei ole. Lämpöjärjestelmässä lämpimämpi esine menettää lämpöenergiaa viileämmälle esineelle, kunnes tasapaino saavutetaan.
Termisen tasapainon käsitettä käytetään ja tutkitaan useimmiten kemian alalla, erityisesti termodynamiikan tutkimuksessa. Termodynamiikkaa opetetaan yleensä johdantotasolla lukion kemian kursseilla, mutta se on hyvin monimutkainen aihe, jota ei selitetä täysin opiskelijoille ennen kuin kemian ja fysiikan syventävät opinnot yliopistossa.
Sen lisäksi, että termisellä tasapainolla on paikka laboratoriossa, sillä on erittäin tärkeä paikka luonnossa. Kemiallisia järjestelmiä on monissa elävissä ja elottomissa luonnossa, ja niiden ylläpitäminen tasapainotilassa on erittäin tärkeää. Esimerkiksi ihmiskehossa entsyymit osallistuvat lukemattomiin kemiallisiin reaktioihin, jotka ovat elintärkeitä elämälle. Entsyymit muuttuvat kuitenkin hyödyttömiksi, kun ne saavuttavat liian korkean tai liian matalan lämpötilan. Niiden on pysyttävä vakaassa tasapainossa pysyäkseen toiminnassa, ja niiden on pysyttävä toiminnallisina, jotta ihmiskeho itse voi toimia.