Ravnoteža podrazumijeva stanje tvari kada se njena svojstva vremenom ne mijenjaju. Tada su čestice materije s različitim energijskim stanjima jednako pomiješane u cijelom prostoru, kao što su i u najmanjem makroskopskom djeliću prostora. Čestice s većim energijama gibanja izmješane su s česticama nižih energija u cijelom prostoru bez ikakvog energijskog reda, tj. reda koji bi se postigao sortiranjem čestica prema njihovim energijskim stanjima. Stoga se kaže da je ravnoteža stanje najvećeg nereda. Po iskustvu sve materije imaju prirodnu težnju prema unutarnjoj ravnoteži, pa i sudionici složenih sustava teže konačnoj ravnoteži sustava. Taj spontani proces odvija se samo u jednom smjeru, prema ravnoteži, pa kažemo da je nepovratan (ireverzibilan). U stanju ravnoteže sustav je u energijskom smislu mrtav. Ove iskustvene spoznaje mogu se opisati samo pomoću posebnog svojstva kojeg je Clausius nazvao entropija, S (J/K) - prema grčkoj riječi: τρoπή (transformacija). Entropija je jedina veličina u fizici koja ima zadani smjer po vremenu, pa se ponekad naziva strijela vremena.
Gotovo svi procesi na mikroskopskoj razini su vremenski simetrični, što znači da bi se odvijali na isti način i u slučaju obrnutog smjera vremena. Na makroskopskom nivou (kontinuumu) to ne vrijedi, pa tako primjerice uočavamo da zbog viskoziteta nastupa trenje i disipacija energije (ne postoje na mikroskopskom nivou) kao trajne posljedice koje se ne mogu ukloniti. To daje vremensku usmjerenost (ireverzibilnost) makroskopskim procesima.
Sustav u ravnoteži ima maksimalnu entropiju (to se ne odnosi na pojedinačne sudionike sustava!).
Prvi postulat ravnoteže: Sustav prepušten sam sebi teži stanju koje se više ne može promijeniti bez vanjskih utjecaja.
Ovaj postulat ukazuje na spontanost i jednosmjernost procesa. Posebno, spoznaja o jednosmjernosti toka topline, od toplijeg prema hladnijem tijelu, dovela je do analitičke fomulacije drugog zakona termodinamike sredinom 19-tog stoljeća.
Nulti zakon termodinamike
Drugi postulat ravnoteže: Ako je tijelo A u toplinskoj ravnoteži s tijelom B, a zatim neovisno o tome i s tijelom C, tada su prema iskustvu i tijela B i C u međusobnoj toplinskoj ravnoteži.
Na ovom postulatu se temelji mjerenje temperature, tj. termometrija. Formulaciju postulata dao je R. Fowler 1931. godine, a sam postulat se naziva nultim zakonom termodinamike, budući da su prvi i drugi zakon formulirani mnogo ranije. Ovaj postulat nije primjenljiv za opis kemijske ravnoteže.
Sustav u ravnoteži ima jednolika (homogena) svojstva, tj. vrijednosti svojstava ne ovise o lokaciji.
Neravnoteža može postojati unutar tvari, ili između sudionika unutar sustava, ili sustava i okoliša. Ona može biti mehaničke, toplinske, kemijske ili elektromagnetske prirode, što uzrokuje nastanak procesa. Sudionici procesa raspolažu s vlastitim energijama, a neravnoteža se očituje u različitim energetskim stanjima sudionika.