Termisk jämvikt uppnås när två objekt eller system når samma temperatur och upphör att utbyta energi genom värme. När två objekt placeras tillsammans kommer objektet med mer värmeenergi att förlora den energin till objektet med mindre värmeenergi. Så småningom kommer deras temperaturer att vara lika och de kommer att sluta utbyta värmeenergi eftersom inget objekt är varmare eller kallare än det andra. Vid denna tidpunkt är de i ett tillstånd av termisk jämvikt.
Termisk kontakt är ett viktigt begrepp när det gäller termisk jämvikt. Flera system anses vara i termisk kontakt om de kan påverka de andras temperaturer. Om en flaska läsk tas ur kylskåpet och placeras på köksbänken, som är i rumstemperatur, är bänken och läskflaskan i termisk kontakt. Värmeenergi från disken strömmar till den kalla läskflaskan. Så småningom kommer deras temperaturer att vara lika och de kommer att vara i ett tillstånd av termisk jämvikt.
I termiska system som involverar objekt i termisk kontakt, strömmar värme från det varmare objektet, som innehåller mer termisk energi, till det kallare objektet, som innehåller mindre termisk energi. Därför kan föremål och system antingen få eller förlora värme. De kan tekniskt sett inte få eller förlora kyla, eftersom det inte finns någon separat ”kall energi”. I ett termiskt system förlorar det varmare föremålet värmeenergi till det kallare föremålet tills jämvikt uppnås.
Begreppet termisk jämvikt används och studeras oftast inom kemiområdet, särskilt i studiet av termodynamik. Termodynamik lärs vanligtvis ut på en introduktionsnivå i gymnasiets kemikurser, men det är ett mycket komplext ämne som inte förklaras fullt ut för eleverna förrän avancerade kemi- och fysikklasser på college.
Tillsammans med sin plats i labbet har termisk jämvikt en mycket viktig plats i naturen. Kemiska system finns i många levande och icke-levande ting i naturen, och att hålla dessa system i ett tillstånd av jämvikt är mycket viktigt. I människokroppen är till exempel enzymer involverade i otaliga kemiska reaktioner som är livsnödvändiga. Enzymer blir dock värdelösa när de når för hög eller för låg temperatur. De måste förbli i en konstant jämvikt för att förbli funktionella, och de måste förbli funktionella för att människokroppen själv ska fungera.