ترمودینامیک شاخه ای از فیزیک است که انرژی حرارتی و اصول توزیع آن در حجم یک ماده یا یک محیط خاص را مطالعه می کند. این رشته مبتنی بر برخی اصول کلی جهانی است و از تجربیات بسیاری از علوم دیگر استفاده می کند. تعادل ترمودینامیکی سنگ بنای این حوزه از دانش علمی است.
یکی از مهمترین و شاید خاص ترین ویژگی موجودات زنده، توانایی منحصر به فرد آنها در تبدیل انرژی و ذخیره آن در اشکال مختلف است. تعادل ترمودینامیکی حالتی از یک سیستم است که در آن پارامترها و ویژگی های آن نمی توانند در طول زمان بدون تأثیر عوامل خارجی تغییر کنند.
یعنی: یک سیستم فیزیکی از لحاظ نظری ایزوله، متشکل از یک یا چند جسم فیزیکی، می تواند به طور نامحدود در حالت تعادل باقی بماند. اگر تعادل ترمودینامیکی به هم بخورد، هر سیستمی تمایل به بازگشت به آن داردبه خودی خود به وضعیت پایدار خود برسد. این یکی از اصول اساسی فیزیک است که هم در زندگی ما و هم در طبیعت بر آن بنا شده است.
ساده‌ترین راه برای تصور تعادل ترمودینامیکی، مثالی از ویژگی‌های طبیعی انسان مانند قمقمه با چای داغ است، که همان سیستم بسیار ایزوله است. البته درجه حرارت در هر نقطه از ماده (در این مورد چای) یکسان خواهد بود. اما اگر یک تکه یخ را در قمقمه بیندازید، تعادل ترمودینامیکی فوراً به هم می‌خورد، زیرا در قسمت‌های مختلف مایع اختلاف دما وجود دارد.
در این حالت، تا زمانی که یکنواختی رژیم حرارتی در کل حجم برقرار شود، انتقال حرارت از ناحیه ای با دمای بالاتر به سمت مناطق سردتر اتفاق می افتد. وقتی این اتفاق بیفتد، ثبات دوباره برقرار خواهد شد. هر سیستم ترمودینامیکی بدون توجه به مقیاس آن و تعداد اجسامی که از آن تشکیل شده است اینگونه عمل می کند.
شرط اصلی تعادل که همان شاخص دمایی در تمام نقاط سیستم است، به ویژه برای موجودات زنده مهم است. همه اشیاء بیولوژیکی برای حفظ زندگی عادی به منبع منظم انرژی نیاز دارند. تمام فرآیندهای بیولوژیکی نیز به انتقال حرارت پایدار و توزیع یکنواخت نیاز دارند.
به عنوان مثال، گیاهان، با انباشته شدن انرژی خورشیدی، آن را به پیوندهای شیمیایی مواد آلی تبدیل می کنند.فتوسنتز در بدن حیوانات، همه چیز دقیقا برعکس اتفاق می افتد - مواد آلی به دست آمده با غذا به انرژی تبدیل می شوند. همه این فرآیندها (برای نمایندگان هر دو جهان گیاهی و حیوانی) مطابق با اصول سیستم ترمودینامیکی اتفاق می‌افتد.
مفاهیم اساسی ترمودینامیک هم برای سیستم‌های بیولوژیکی زنده و هم برای طبیعت بی‌جان جهانی و تزلزل ناپذیر است. اصول ترمودینامیک بیان می کند که هر مجموعه ای از اشیاء مرتبط را می توان یک سیستم ترمودینامیکی نامید. تفاوت فقط در مقیاس و تعداد اشیاء است. نمونه هایی از این سیستم ها سلول های بدن ما، قلب یا سایر اندام های داخلی هستند. کل ارگانیسم نیز به نوعی یک سیستم ترمودینامیکی است. حتی اجرام غول پیکری مانند بیوسفر، اقیانوس ها نیز به این دسته تعلق دارند. و آنها تابع همان قوانین تعادل ترمودینامیکی هستند.
