在没有外界影响的条件下，如果某个系统各部分的宏观性质（如系统的化学成分，各物质的量，系统的温度、压力、体积、密度等等）在长时间内不发生任何变化，则称该系统处于热力学平衡状态。不受外界影响的任何系统，总是单向地趋向平衡状态。
工程热力学是研究由大量分子组成的
热力学系统。所谓
热力学状态，即是热力 系在某一瞬间呈现出来的宏观物理状况。实验表明，一个不受外界影响的系统，无论它的初始状态如何经过充分长时间后，它必将达到这样一种状态，系统的宏观 性质不随时间变化。而要使系统的宏观性质变化，则只有对系统施加外界影响，否则系统的宏观性质将永远保持不变，这样一种状态就是
热力学平衡态。依据上述实 验事实，热力学平衡状态的定义：
系统处于平衡状态主要满足两点：①不受外界影响。②不随时间变化。但这里 所说的“平衡”是从宏观上看，在
微观上，组成系统的大量粒子在永不停息地运动，是一种
动态平衡，称热
动平衡。
在
统计力学中，系统的宏观性质是相应的微观量的统计平均值。当系统处于热力学平衡时，系统内的每个分子仍在处于不停的运动中，系统的微观状态也在不断地发生变化，只是分子微观运动的某些统计平均值不随时间而改变。因此，热力学平衡是一种动态平衡，称为热动平衡。
一个
热力学系统必须同时达到下述几方面的平衡，才能处于热力学平衡状态。
如果系统内没有隔热壁存在，则系统内各部分的温度
相等。如果没有隔绝外界的影响，在系统与环境之间没有隔热壁存在的条件下，当系统达到热平衡时，则系统与环境的温度也相等。
如果没有刚性壁的存在，则系统内各部分之间没有不平衡的力存在。如果忽略重力场的影响，则达到力学平衡时系统内各部分的
压强应该相等。如果系统和环境之间没有刚性壁存在，则平衡时系统和环境之间也没有不平衡的力存在，系统和环境的边界将不随时间而移动。
如果系统是一个非均相的，则平衡时系统中各相可以长时间共存，各相的组成和数量都不随时间而改变。相平衡的条件是：系统中的B组元在各相中的
化学势相等，即＝＝…，式中、、…分别为B组元在α相、相、…中的
化学势。
系统内各物质之间如果可以发生
化学反应，则达到平衡时系统的化学组成及各物质的数量将不随时间而改变。对于化学反应来说，在等温等压下平衡的条件是：
引起系统状态变化的原因可以是外部的，也可以是内部的。在没有外界影 响的条件下，系统的状态还不一定处于“平衡”状态。系统各部分之间有温度差，即温度不平衡势，相互间将进行
热交换，使系统 各处状态变化，直至温差消失，达到平衡，这种平衡称为
热平衡。处于热平衡的系统有确定的温度。
系统各部分间存在力不平衡（如压力差），各部分之间将发生相对位移，直 至力差消失，达到力学平衡，处于力学平衡的系统有确定的压力。有
相变和化学反应的系统，可能存在
化学势差（
约西亚·吉布斯函数差），称化学不平衡势，引起相变和化学反应，达到相平衡和化学反应平衡。
同样，系统与外界达到平衡也要满足上述平衡条件。因此，处于平衡状态的系统应既无外部势差又无内部势差，亦即不存在任何驱使状态变化的不平衡势差。因此平衡态的又一定义是：对于一个状态可以自由变化的热力系，如果系统内以及系统与外界的一切不平衡势均不存在，则热力系一切可见的宏观变化将停止，这时热力系处于平衡状态。
不平衡势差是驱使系统状态变化的原因，是本质，而处于平衡状态的系统，状态不随时间变化是不平衡势差消失的结果，是现象。
热力学大部分是关于平衡态的理论。因此，它不涉及时间变量。