Ορισμένες χημικές δράσεις προχωρούν μη αναστρέψιμα προς μία κατεύθυνση. Ένα παράδειγμα αυτού είναι η καύση αερίου υδρογόνου (Η) σε οξυγόνο (Ο) για την παραγωγή νερού, όπως φαίνεται στον τύπο 2 H2 + O2 => 2 H2O. Η αντίθετη αντίδραση, 2 H2O => 2 H2 + O2 δεν συμβαίνει κάτω από αυτές τις συνθήκες, όσος χρόνος κι αν περάσει. Υπάρχουν αναστρέψιμες αντιδράσεις, όπως ανακάλυψε ο χημικός Claude-Louis Berthollet το 1803. Οι αναστρέψιμες αντιδράσεις προχωρούν προς μία κατεύθυνση έως ότου οι αντίστροφες αντιδράσεις γίνουν οι ευνοούμενες, καταλήγοντας σε ισορροπία και καθιστώντας δυνατό τον υπολογισμό των σταθερών ισορροπίας.
Τέτοιες σταθερές ισορροπίας έχουν προκύψει από μαθηματικές σχέσεις που αποκαλύφθηκαν στο χρόνο μέσω των προσπαθειών πολλών επιστημόνων. Αυτές οι σχέσεις χρησιμοποιούν τις αναλογίες των συγκεντρώσεων των διαλυμένων ειδών στο σύστημα αντίδρασης. Ένα απλό παράδειγμα είναι ο ιονισμός του οξικού οξέος. Ένα άλλο είναι η αναστρέψιμη διάσπαση του αερίου τετροξειδίου του αζώτου. Σε αυτά, όπως σε όλα τα παραδείγματα, οι σταθερές ισορροπίας εξαρτώνται από συνθήκες συστήματος όπως η θερμοκρασία.
Το οξικό οξύ διασπάται σε θετικό ιόν υδρογόνου συν ένα αρνητικό οξικό ιόν. Αυτό που κάνει την αντίδραση αναστρέψιμη είναι ότι αυτά τα ιόντα μπορούν και θα ανασυνδυαστούν σε μόρια οξέος. Στη συνέχεια, άλλα μόρια οξικού οξέος διασπώνται για να αντικαταστήσουν αυτά που έχουν ανασυνδυαστεί. Το αποτέλεσμα είναι η ισορροπία, που οδηγεί σε μια μαθηματική έκφραση. Οι συγκεντρώσεις ιόντων και οξέος σχετίζονται με τη σταθερά ισορροπίας με την έκφραση K = [H+][Ac-]/[HAc]. Λογικά, η σταθερά ισορροπίας για την αντίστροφη αντίδραση είναι το αντίστροφο αυτού του Κ, επειδή η συγκέντρωση οξέος γίνεται αριθμητής και οι συγκεντρώσεις ιόντων γίνονται παρονομαστής.
Για το τετροξείδιο του διαζώτου, το οποίο περιέχει άζωτο (Ν) και οξυγόνο, η χημική αντίδραση γράφεται N2O4 ⇆ 2 NO2. Οποιαδήποτε αλλαγή στην αναλογία αυτών των δύο ειδών σε ένα κλειστό σύστημα εξαρτάται από τη μεταβολή της πίεσης του συστήματος. για κάθε μόριο τετροξειδίου που διασπάται, σχηματίζονται δύο μόρια διοξειδίου του αζώτου, αυξάνοντας την πίεση. Αυτό απαιτεί ενέργεια και, πέρα από ένα σημείο, δεν ευνοεί τη διάσπαση. Η εξίσωση λέει K = [NO2][NO2]/[N2O4]. Όσον αφορά το οξικό οξύ, η σταθερά ισορροπίας για την αντίστροφη αντίδραση, όπως και για όλες τις σταθερές ισορροπίας για όλες τις αντίστροφες αντιδράσεις, είναι το αντίστροφο αυτού του Κ.
Οι μη αναστρέψιμες αντιδράσεις υπακούουν στις ίδιες μαθηματικές σχέσεις με εκείνες που είναι αναστρέψιμες. Σε τέτοιες περιπτώσεις, ωστόσο, ο παρονομαστής γίνεται είτε 0 είτε άπειρος, αν κάποιος εξετάσει την προς τα εμπρός ή την αντίστροφη αντίδραση. Αυτό υποδηλώνει μια σταθερά ισορροπίας με αντίθετη τιμή, άπειρο ή 0. Τέτοιες πληροφορίες είναι άχρηστες. Επίσης ενδιαφέρουσα είναι η δυνατότητα ολοκλήρωσης μιας αντίδρασης, καθιστώντας την μη αναστρέψιμη αφαιρώντας ένα από τα προϊόντα από το σύστημα, όπως μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης που συγκρατεί τα αντιδρώντα.