El equilibrio térmico es el hecho de que dos sistemas en contacto tengan una temperatura uniforme. Un ejemplo claro de esta circunstancia son dos cuerpos que en contacto llegan a alcanzar una misma temperatura. El equilibrio térmico es un tipo de estado al que tienden los sistemas en contacto entre sí, circunstancia que podemos comprender en buena medida gracias a los postulados de la termodinámica. Es de importancia para entender el funcionamiento de diversos procesos de la naturaleza, como asimismo para entender determinadas formas de pérdida de energía por parte de maquinarias; en este sentido, cabe recordar que la termodinámica debe su desarrollo en buena medida al estudio de maneras para lograr eficiencia de máquinas en el contexto de la revolución industrial.
Cuando un cuerpo está caliente es fácilmente reconocible por nuestros sentidos. No obstante, es difícil en ocasiones explicar de modo abstracto la razón de tal circunstancia, es decir, establecer qué tipo de proceso se mantiene en el interior del mismo para que se alcance ese estado de cosas. La respuesta a este interrogante es movimiento. En efecto, por más contra intuitivo que parezca, el calor es una expresión de la energía cinética. Cuando un cuerpo se calienta, las partículas que lo componen comienzan a moverse a mayor velocidad; mientras más caliente esté el mismo, sus partículas tendrán más velocidad. Por supuesto, dicho proceso dista de ser observable, es ante todo un fenómeno microscópico.
Asumiendo este movimiento microscópico de partículas, es necesario plantearse qué es lo que sucede cuando dos sistemas, esto es, dos agrupaciones de partículas, se ponen en contacto. Si el movimiento de las partículas es el mismo (cosa improbable) el sistema ya estará en equilibrio. Si, por el contrario, los dos sistemas tienen partículas moviéndose a distintas velocidades, las que se mueven a una velocidad inferior tenderán a acelerarse, y las que se mueven a velocidad superior tenderán a volverse más lentas; en otras palabras, tenderán al equilibrio.
El proceso descrito debe visualizarse teniendo en cuenta procesos del mundo que podemos experimentar mediante los sentidos. Si golpeamos una bola quieta con otra en movimiento, moveremos la quieta y quitaremos velocidad a la que se mueve. En este orden de cosas, es también observable que ambos estados tienden a coincidir. En el caso de dos objetos, el caliente pasará su calor al más frio hasta que ambos lleguen a un equilibrio que los lleve a expresar la misma temperatura.