Термодинаміка – наука про перетворення енергії.

Термодинамічна система – будь-який матеріальний об'єкт, що складається з великої кількості частинок. Область поза системою – навколишнє середовище.

Ізольована система – яка не обмінюється з навколишнім середовищем ні речовиною, ні енергією. Замкнута система – обмінюється з навколишнім середовищем енергією, але обміну речовиною через границі системи не відбувається. Це – закриті системи.

Відкрита система – обмінюється з навколишнім середовищем енергією та речовиною (наприклад, живі організми).

Стан системи – набір термодинамічних параметрів.

Термодинамічні параметри поділяються на екстенсивні, які залежать від кількості речовини (m, V), тобто адитивні, та інтенсивні, які не залежать від кількості речовини (p, T, концентрація n), тобто неадитивні.

Стан термодинамічної рівноваги закритої системи – якщо термодинамічні параметри не змінюються з часом і однакові по всьому об'ємі системи.

Якщо закрита система не перебуває у стані термодинамічної рівноваги, то вона релаксує до рівноважного стану. Процес переходу до рівноваги називається релаксацією. Час релаксації – це час, протягом якого відхилення будь-якого параметра системи від рівноважного значення зменшується в e разів.

Основна задача термодинаміки – відшукання таких величин, які однозначно визначаються набором термодинамічних параметрів (функцій стану). Одна з функцій стану – внутрішня енергія U (сума кінетичних і потенціальних енергій молекул термодинамічної системи). Вона є функцією стану, тому що залежить тільки від взаємного розміщення та швидкостей молекул системи. Зміна внутрішньої енергії не залежить від того, яким шляхом змінювалась система, а тільки від початкового й кінцевого стану системи.

Якщо система виведена зі стану рівноваги і залишена сама на себе, то вона з часом знову повертається у стан рівноваги. Але зі стану рівноваги система не може самостійно повернутись до нерівноважного стану.

Приклади: різниця температур між двома тілами самостійно не зростає, газ не скупчується в одній половині посудини, два гази не розділяються. Отже, в молекулярних системах можуть відбуватись необоротні процеси.

Оборотним процесом називається така зміна стану системи, яка будучи проведена у зворотному напрямку, повертає її в початковий стан, так щоб система пройшла через ті самі проміжні стани, що і в прямому процесі, але у зворотній послідовності, а стан тіл поза системою залишився незмінним. Процес повинен бути квазістаціонарним, тобто настільки повільним, щоб система на кожному етапі встигала релаксувати до рівноважного стану.

Процеси, які не задовольняють умову оборотності – необоротні. Приклади необоротних процесів: явища перенесення, розширення газу в пустоту, життєдіяльність організму.

Реальні процеси в природі завжди необоротні внаслідок кінцевої швидкості їх протікання й розсіювання енергії. Особливо це стосується живих організмів. Біохімічні процеси можуть тільки в тій чи іншій мірі наближатись до рівноважних і вважатись оборотними.