Echilibrul termic se realizează atunci când două obiecte sau sisteme ating aceeași temperatură și încetează să facă schimb de energie prin căldură. Când două obiecte sunt așezate împreună, obiectul cu mai multă energie termică va pierde acea energie în fața obiectului cu mai puțină energie termică. În cele din urmă, temperaturile lor vor fi egale și vor înceta să facă schimb de energie termică, deoarece niciun obiect nu este mai cald sau mai rece decât celălalt. În acest moment, ele sunt într-o stare de echilibru termic.
Contactul termic este un concept important legat de echilibrul termic. Sistemele multiple sunt considerate a fi în contact termic dacă sunt capabile să afecteze temperaturile celorlalte. Dacă o sticlă de sifon este scoasă din frigider și așezată pe blatul din bucătărie, care este la temperatura camerei, blatul și sticla de sifon sunt în contact termic. Energia termică de la tejghea curge către sticla rece de sifon. În cele din urmă, temperaturile lor vor fi egale și vor fi într-o stare de echilibru termic.
În sistemele termice care implică obiecte în contact termic, căldura curge de la obiectul mai cald, care conține mai multă energie termică, către obiectul mai rece, care conține mai puțină energie termică. Prin urmare, obiectele și sistemele pot câștiga sau pierde căldură. Din punct de vedere tehnic, ei nu pot câștiga sau pierde frigul, deoarece nu există o „energie rece” separată. Într-un sistem termic, obiectul mai cald pierde energie termică către obiectul mai rece până la atingerea echilibrului.
Conceptul de echilibru termic este cel mai des folosit și studiat în domeniul chimiei, în special în studiul termodinamicii. Termodinamica este de obicei predată la un nivel introductiv în cursurile de chimie din liceu, dar este o temă foarte complexă care nu este explicată pe deplin studenților până la cursurile avansate de chimie și fizică din facultate.
Alături de locul său în laborator, echilibrul termic are un loc foarte important în natură. Sistemele chimice există în multe lucruri vii și nevii din natură, iar menținerea acestor sisteme într-o stare de echilibru este foarte importantă. În corpul uman, de exemplu, enzimele sunt implicate în nenumărate reacții chimice care sunt vitale pentru viață. Cu toate acestea, enzimele devin inutile atunci când ating o temperatură prea mare sau prea scăzută. Ele trebuie să rămână la un echilibru constant pentru a rămâne funcționale și trebuie să rămână funcționale pentru ca corpul uman însuși să funcționeze.