Термодина́мика неравновесных процессов — раздел физики, изучающий неравновесные процессы (диффузию, вязкость, термоэлектрические явления) на основе общих законов термодинамики; общая теория макроскопического описания неравновесных процессов; называется также неравновесной термодинамикой или термодинамикой необратимых процессов.
Классическая термодинамика изучает термодинамические (обратимые) процессы. Для неравновесных процессов она устанавливает лишь неравенства, которые указывают возможное направление этих процессов. Основной задачей термодинамики неравновесных процессов является количественное изучение неравновесных процессов, в частности определение их скоростей в зависимости от внешних условий. В термодинамике неравновесных процессов системы, в которых протекают неравновесные процессы, рассматриваются как непрерывные среды, а их параметры состояния — как полевые переменные, то есть непрерывные функции координат и времени. Для макроскопического описания неравновесных процессов систему представляют состоящей из элементарных объемов, которые содержат большое число молекул. Термодинамическое состояние каждого выделенного элементарного объема характеризуется параметрами, применяемыми в термодинамике равновесных процессов (температурой, давлением), но зависящими от координат и времени. Количественное описание неравновесных процессов заключается в составлении уравнений баланса для элементарных объемов на основе законов сохранения массы, импульса и энергии, а также уравнения баланса энтропии и феноменологических уравнений рассматриваемых процессов. Методы термодинамики неравновесных процессов позволяют сформулировать для неравновесных процессов первое и второе начала термодинамики; получить из общих принципов, не рассматривая деталей механизма молекулярных взаимодействий, полную систему уравнений переноса, то есть уравнения гидродинамики, теплопроводности и диффузии для простых и сложных систем (с химическими реакциями между компонентами, с учетом электромагнитных сил).
Для количественного изучения неравновесных процессов, в частности определения их скоростей в зависимости от внешних условий, составляются уравнения баланса массы, импульса, энергии, а также энтропии для элементарных объемов системы. Эти уравнения исследуются совместно с уравнениями рассматриваемых процессов. Термодинамика неравновесных процессов является теоретической основой исследования открытых систем, в том числе живых существ.