Un proces endotermic este unul care absoarbe energie din mediul înconjurător. Într-o reacție chimică, două sau mai multe substanțe – reactanții – interacționează între ele pentru a produce una sau mai multe substanțe noi – produsele. Acolo unde energia conținută în produse este mai mică decât cea din reactanți, se eliberează energie și se spune că reacția este exotermă. În reacțiile endoterme, produsele au mai multă energie decât reactanții, astfel încât energia este absorbită din mediul lor. Astfel, în reacțiile exoterme, reactanții pierd căldură în mediul înconjurător, care devine mai fierbinte, în timp ce în reacțiile endoterme reactanții câștigă căldură din mediul înconjurător, care este răcit.
O reacție chimică implică formarea de legături între atomi. Deoarece un sistem va încerca întotdeauna să atingă starea sa cea mai scăzută de energie, legăturile se vor forma numai dacă rezultă ca energia totală a atomilor după legare să fie mai mică decât era înainte de legare. Astfel, formarea de legături chimice eliberează energie. În reacțiile chimice, totuși, legăturile trebuie să fie rupte înainte ca noi compuși să se poată forma. Ruperea unei legături chimice necesită energie și dacă este necesară mai multă energie pentru a rupe legăturile din interiorul reactanților decât este eliberată prin formarea de noi legături, reacția generală este endotermă, deoarece există un transfer net de energie din mediul înconjurător către reactanți.
Nu este neapărat cazul că o reacție care necesită aplicarea căldurii este o reacție endotermă. Uneori este nevoie de căldură pentru a rupe legăturile pentru a începe reacția, dar mai multă căldură este eliberată de noile legături care se formează, deci reacția este exotermă. De exemplu, hidrogenul (H2) nu va reacționa cu oxigenul (O2) la temperatura camerei; totuși, aprinderea unui amestec de hidrogen/oxigen cu un chibrit face ca gazele să se combine exploziv într-o reacție extrem de exotermă: 2H2 + O2 → 2H2O. Căldura este necesară pentru a rupe legăturile din moleculele de hidrogen și oxigen, dar este eliberată mult mai multă căldură prin formarea noilor legături hidrogen-oxigen. Prin urmare, este o reacție exotermă.
În schimb, combinarea oxigenului cu azotul (N2) pentru a forma oxid nitric (NO) este o reacție endotermă. Într-o moleculă de azot, atomii sunt ținuți împreună printr-o legătură triplă foarte puternică. Energia necesară pentru a rupe această legătură este mai mare decât energia eliberată de formarea oxidului nitric, deci reacția este endotermă. Alte reacții endoterme includ combinarea apei și a dioxidului de carbon pentru a forma glucoză în fotosinteză, unde energia necesară provine din lumina soarelui.
Cantitatea totală de energie a reactanților sau a produselor dintr-o reacție chimică este cunoscută sub denumirea de entalpie. Este exprimată în kilojulii (kJ) de energie și reprezentată prin simbolul ΔH. O reacție chimică are ca rezultat o modificare a entalpiei. În reacțiile exoterme, produsele au mai puțină energie decât reactanții, deci modificarea este negativă. În reacțiile endoterme, produsele au mai multă energie decât reactanții, deci modificarea este pozitivă.
Reacția exotermă a hidrogenului și oxigenului pentru a forma apă are ca rezultat o modificare negativă a entalpiei de -285.8 kJ pentru fiecare moleculă de apă formată. Reacția endotermă a azotului și oxigenului pentru a forma oxid nitric are ca rezultat o modificare pozitivă a entalpiei de +180.5 kJ. Ecuațiile chimice pot fi scrise pentru a include modificarea entalpiei, indicând astfel dacă reacția este exotermă sau endotermă, de exemplu:
N2(g) + O2(g) → 2NO(g); ΔH = +180.5 kJ
Aceste ecuații includ stările reactanților și produșilor: s = solid, l = lichid și g = gaz.
Reacțiile chimice endoterme pot avea loc la temperatura camerei dacă există o creștere mare a entropiei. Un exemplu este reacția hidroxidului de bariu octahidrat și tiocianatul de amoniu:
Ba(OH)2·8H2O(s) + 2NH4SCN(s) → Ba(SCN)2(s) + 10H2O(l) + 2NH3(g)
Aceasta este o reacție extrem de endotermă și, deoarece trei molecule de solide reacționează pentru a produce 13 molecule, dintre care 10 sunt lichide și două sunt gazoase, există o creștere mare a entropiei. Dacă reactanții sunt amestecați într-un pahar și paharul este plasat deasupra unui bloc cu câteva picături de apă pe el, apa îngheață pe măsură ce căldura este absorbită din împrejurimi. De fapt, temperatura poate scădea între -4 și -22 °F (-20 și -30 °C).