Proses endoterm adalah proses yang menyerap energi dari lingkungannya. Dalam reaksi kimia, dua atau lebih zat – reaktan – berinteraksi satu sama lain untuk menghasilkan satu atau lebih zat baru – produk. Dimana energi yang terkandung dalam produk lebih kecil dari pada reaktan, energi dilepaskan, dan reaksi dikatakan eksotermik. Dalam reaksi endoterm, produk memiliki lebih banyak energi daripada reaktan, sehingga energi diserap dari lingkungannya. Jadi dalam reaksi eksoterm, reaktan kehilangan panas ke lingkungan mereka, yang tumbuh lebih panas, sedangkan dalam reaksi endoterm reaktan mendapatkan panas dari lingkungan mereka, yang didinginkan.
Reaksi kimia melibatkan pembentukan ikatan antara atom. Karena sistem akan selalu berusaha mencapai tingkat energi terendahnya, ikatan hanya akan terbentuk jika energi keseluruhan atom setelah ikatan menjadi lebih rendah daripada sebelum ikatan. Dengan demikian, pembentukan ikatan kimia melepaskan energi. Namun, dalam reaksi kimia, ikatan harus diputus sebelum senyawa baru dapat terbentuk. Pemutusan ikatan kimia membutuhkan energi dan jika lebih banyak energi yang dibutuhkan untuk memutuskan ikatan dalam reaktan daripada yang dilepaskan oleh pembentukan ikatan baru, reaksi keseluruhan adalah endotermik, karena ada transfer energi bersih dari lingkungan ke reaktan.
Belum tentu reaksi yang membutuhkan panas untuk diterapkan adalah reaksi endotermik. Kadang-kadang panas diperlukan untuk memutuskan ikatan untuk memulai reaksi, tetapi lebih banyak panas yang dilepaskan oleh ikatan baru yang terbentuk, sehingga reaksi bersifat eksoterm. Misalnya, hidrogen (H2) tidak akan bereaksi dengan oksigen (O2) pada suhu kamar; namun, menyalakan campuran hidrogen/oksigen dengan korek api menyebabkan gas bergabung secara eksplosif dalam reaksi yang sangat eksotermik: 2H2 + O2 → 2H2O. Panas diperlukan untuk memutuskan ikatan di dalam molekul hidrogen dan oksigen, tetapi lebih banyak panas yang dilepaskan oleh pembentukan ikatan hidrogen-oksigen yang baru. Oleh karena itu reaksi eksotermis.
Sebaliknya, penggabungan oksigen dengan nitrogen (N2) untuk membentuk oksida nitrat (NO) adalah reaksi endoterm. Dalam molekul nitrogen, atom-atom diikat oleh ikatan rangkap tiga yang sangat kuat. Energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan ini lebih besar daripada energi yang dilepaskan oleh pembentukan oksida nitrat, sehingga reaksinya bersifat endoterm. Reaksi endotermik lainnya termasuk penggabungan air dan karbon dioksida untuk membentuk glukosa dalam fotosintesis, di mana energi yang dibutuhkan berasal dari sinar matahari.
Jumlah total energi reaktan atau produk dalam reaksi kimia dikenal sebagai entalpi. Ini dinyatakan dalam kilojoule (kJ) energi dan diwakili oleh simbol H. Suatu reaksi kimia menghasilkan perubahan entalpi. Dalam reaksi eksoterm, produk memiliki energi lebih sedikit daripada reaktan, sehingga perubahannya negatif. Dalam reaksi endoterm, produk memiliki energi lebih besar daripada reaktan, sehingga perubahannya positif.
Reaksi eksotermik hidrogen dan oksigen membentuk air menghasilkan perubahan entalpi negatif sebesar -285.8 kJ untuk setiap molekul air yang terbentuk. Reaksi endotermik nitrogen dan oksigen membentuk oksida nitrat menghasilkan perubahan entalpi positif sebesar +180.5 kJ. Persamaan kimia dapat ditulis untuk memasukkan perubahan entalpi, sehingga menunjukkan apakah reaksi tersebut eksoterm atau endoterm, misalnya:
N2(g) + O2(g) → 2NO(g); H = +180.5 kJ
Persamaan ini mencakup keadaan reaktan dan produk: s = padat, l = cair dan g = gas.
Reaksi kimia endotermik dapat berlangsung pada suhu kamar jika terjadi peningkatan entropi yang besar. Salah satu contohnya adalah reaksi barium hidroksida oktahidrat dan amonium tiosianat:
Ba(OH)2·8H2O(s) + 2NH4SCN(s) → Ba(SCN)2(s) + 10H2O(l) + 2NH3(g)
Ini adalah reaksi yang sangat endotermik, dan karena tiga molekul padatan bereaksi untuk menghasilkan 13 molekul yang 10 di antaranya cair dan dua adalah gas, ada peningkatan besar dalam entropi. Jika reaktan dicampur dalam gelas kimia dan gelas ditempatkan di atas balok dengan beberapa tetes air di atasnya, air membeku karena panas diserap dari lingkungan. Faktanya, suhu bisa turun hingga antara -4 dan -22 °F (-20 dan -30 °C).