Термодинами́ческое равнове́сие — состояние термодинамической системы, для которого характерно равенство температуры, давления и других макроскопических параметров всех ее частей и максимумом энтропии системы в целом (в условиях, если система не вращается и на нее не действуют внешние поля, в частности гравитационные). Любая изолированная система с течением времени достигает состояния термодинамического равновесия.
Изоляция не исключает возможности определенного типа контактов со средой (например, теплового контакта с термостатом, обмена веществом). Процесс перехода системы в равновесное состояние называется релаксацией. При термодинамическом равновесии в системе прекращаются все необратимые процессы, связанные с диссипацией энергии: теплопроводность, диффузия, химические реакции. Равновесное состояние системы определяется значениями ее внешних параметров (объема, напряженности электрического или магнитного поля), а также значением температуры. Параметры состояния равновесной системы не являются абсолютно фиксированными — в микрообъемах они могут испытывать малые колебания около своих средних значений (флуктуации). Изоляция системы осуществляется в общем случае при помощи неподвижных стенок, непроницаемых для вещества. В случае, когда изолирующие систему неподвижные стенки практически не теплопроводны (например, в сосудах Дьюара), имеет место адиабатическая изоляция, при которой энергия системы остается неизменной. При теплопроводящих (диатермических) стенках между системой и внешней средой, пока не установилось равновесие, возможен теплообмен. При длительном тепловом контакте такой системы с внешней средой, обладающей очень большой теплоемкостью (термостатом), температуры системы и среды выравниваются, и наступает термодинамическое равновесие. При полупроницаемых для вещества стенках термодинамическое равновесие наступает в том случае, если в результате обмена веществом между системой и внешней средой выравниваются химические потенциалы среды и системы.