Kesetimbangan termodinamika menggambarkan sistem yang sifatnya tidak akan berubah tanpa semacam gangguan dari luar. Dengan kata lain, suatu sistem dalam kesetimbangan termodinamika tidak akan berubah kecuali ada sesuatu yang ditambahkan atau dikurangi darinya. Contohnya adalah minuman hangat. Minuman mungkin sudah mulai dingin, tetapi panas dari udara akan pindah ke minuman dingin dan membuatnya lebih hangat hingga mencapai suhu yang sama dengan udara—sehingga mencapai kesetimbangan termodinamika. Selain itu, karena panas berpindah dari udara ke dalam minuman, udara di sekitar cangkir juga akan menjadi lebih dingin.
Proses yang digunakan sistem untuk mencapai kesetimbangan termodinamika dijelaskan dalam dua hukum fisika: Hukum Pertama Termodinamika dan Hukum Kedua Termodinamika. Hukum pertama menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, energi hanya dapat dipindahkan. Hukum kedua mengatakan bahwa dalam sistem yang terisolasi, entropi akan meningkat sampai keseimbangan tercapai. Ini adalah inti dari kesetimbangan termodinamika. Agar suatu benda mencapai kesetimbangan termodinamika, tiga kondisi harus dipenuhi: kesetimbangan kimia, kesetimbangan mekanik, dan kesetimbangan termal.
Kesetimbangan mekanik menggambarkan apa yang terjadi ketika tidak ada gaya yang tidak seimbang dalam suatu sistem atau dengan sistem dan sekitarnya. Ini berarti bahwa gaya-gaya harus sama dalam suatu sistem dan dalam suatu sistem dan sekitarnya. Salah satu kekuatan tersebut adalah tekanan. Jika tekanannya sama di dalam sistem dan dengan sistem dan sekitarnya, kesetimbangan mekanis tercapai. Jika tidak ada kesetimbangan mekanik, sistem akan berusaha mencapai kesetimbangan.
Agar suatu sistem berada pada kesetimbangan kimia, tidak ada reaksi kimia bersih yang harus terjadi. Dalam beberapa sistem ini dapat berarti bahwa reaksi kimia telah berhenti. Namun, dalam sistem lain ini dapat berarti bahwa suatu sistem telah mencapai keseimbangan dinamis. Kesetimbangan dinamis menggambarkan keadaan di mana reaksi maju dan reaksi cadangan terjadi sedemikian rupa sehingga jumlah bersih reaktan tetap tidak berubah. Dalam kesetimbangan kimia, materi juga tidak boleh berpindah dari satu area ke area lain, seperti yang terjadi ketika difusi berlangsung.
Ketika suatu benda berada pada kesetimbangan termal, suhunya harus sama. Contoh minuman suam-suam kuku adalah contoh sistem yang mencapai kesetimbangan termal. Ketika suatu benda mengalami kontak termal dengan benda lain, seperti udara, panas akan berpindah dari konsentrasi yang lebih tinggi ke konsentrasi yang lebih rendah, yaitu dari panas ke dingin. Kebetulan, ini berarti es tidak mendinginkan minuman melainkan minuman memanaskan es. Panas akan terus berpindah dari konsentrasi tinggi ke rendah sampai kedua benda berada pada suhu yang sama dan kesetimbangan termal tercapai.