Aineen vaiheiden muutokset on jaettu kahteen perusluokkaan: endoterminen ja eksoterminen. Eksoterminen tarkoittaa kreikan kielellä “ulkolämpöä”, toisin kuin endoterminen “sisälämpö”. Endotermiset reaktiot tarvitsevat lämpöä tai energiaa uusien kemiallisten sidosten muodostamiseksi, esimerkiksi kun jääpala sulatetaan nesteeksi ja keitetään höyryksi. Toisaalta eksotermiset reaktiot tuottavat enemmän energiaa kuin mitä niiden helpottamiseksi tarvitaan, jolloin reaktion ympärillä oleva lämpötila nousee. Tämä tapahtuu, kun pilveen muodostuu sade ja vaikka sade jäätyy maahan jääksi.
Jotkut havainnollisimmista eksotermisistä reaktioista liittyvät liekkeihin. Ottelut, nuotio, ilotulitus ja raketit käyttävät näitä reaktioita tuottamaan energiaa eri tarkoituksiin. Monet helpottavat endotermisiä reaktioita, kuten leivän valmistus, keiton keittäminen tai käsien lämmittäminen. Eksotermiset reaktiot eivät kuitenkaan vain anna lämpöä; ne vaativat usein ainakin alkuenergian, joka tuottaa niin kutsutun aktivointienergian. Eksotermisissä reaktioissa investoitu energia on kuitenkin aina pienempi kuin koko tuotettu energia; kipinä ei koskaan ole liekkiä suurempi.
Muita tällaisia reaktioita on vaikeampi kokea. Kun metalliin muodostuu ruostetta, toinen yleinen eksoterminen reaktio, ei näytä siltä, että prosessista vapautuu lämpöä. Lämpöä on kuitenkin vapautunut; raudan ja hapen sekoittuminen tuottaa useiden tuntien aikana juuri sopivissa kosteus-, valo- ja lämpötilaolosuhteissa rautaoksidia ja pienen määrän lämpöä.
Tutkijat käyttävät kalorimetriksi kutsuttua laitetta mittaamaan kuinka paljon lämpöä muodostuu vaiheenvaihdosta tai kemiallisesta reaktiosta. Tämä edellyttää reaktion suorittamista vesihauteessa tuotetun lämpötilan muutoksen mittaamiseksi. Tulokset osoittavat, onko tietty reaktio endoterminen vai eksoterminen.
Kemian opettajat käyttävät usein yhtä tai useampaa useista huolellisesti valvotuista kokeista havainnollistamaan eksotermisten reaktioiden periaatteita. Oppitunti voi olla yhtä yksinkertainen kuin ottelun sytyttäminen ja selitys siitä, kuinka kipinä sytyttää eksotermisen reaktion rikin ja hapen välillä lämmön tuottamiseksi. Toinen yleinen koe sisältää veden ja kalsiumkloridin, jäänpoistoaineen, jota käytetään myös kannettavissa lämmityspakkauksissa, sekoittamisen ja reaktion tuottaman lämmön määrän mittaamisen.
Monet oikeuslääketieteen tutkijat tutkivat eksotermisiä reaktioita tyhjentävästi. Ensin heidän on opittava kuinka erilaiset kemialliset reaktiot tapahtuvat ja kuinka paljon lämpöä tuotetaan. Tutkijoina tämä tieto antaa heille paremman mahdollisuuden selvittää, mikä aiheutti tulipalon tai räjähdyksen – ja päättää, kuinka parhaiten sammuttaa heidät tulevaisuudessa.