Per poter definire lo stato di un sistema è necessario che esso sia in condizioni di equilibrio. Si dice che un sistema è in equilibrio termodinamico se le sue variabili (o parametri o coordinate) termodinamiche, (ad esempio pressione, volume e temperatura nel caso di un fluido omogeneo), sono ben definite e non variano nel tempo. Nei sistemi non in equilibrio le variabili termodinamiche non sono in genere definibili: ad esempio ad un gas in equilibrio in un recipiente possiamo assegnare come volume quello del recipiente che lo contiene, ma non ha senso parlare del volume del gas che sta uscendo da una bombola. Affinché un sistema sia in equilibrio termodinamico devono essere verificate contemporaneamente queste quattro condizioni: equilibrio meccanico: c’è equilibrio tra tutte le forze applicate (le forze esterne agenti sul sistema sono bilanciate da quelle interne al sistema) equilibrio termico: non ci sono flussi di calore, la temperatura è costante nel tempo ed è la stessa in ogni punto del sistema equilibrio chimico: non avvengono reazioni chimiche o fenomeni di diffusione, la composizione chimica è costante nel tempo ed è la stessa in ogni punto del sistema equilibrio nucleare: non avvengono fissioni cioè reazioni nucleari in cui atomi (ad esempio di uranio-235), vengono divisi in frammenti in un processo che libera energia, o fusioni nucleari dove vi è l’unione di due nuclei leggeri in un nucleo più pesante.