Dois objetos em contato físico entre si estão em equilíbrio térmico quando atingem a mesma temperatura e uma troca de energia térmica não ocorre mais. De acordo com a Hiperfísica, a relação de equilíbrio térmico segue o Zeroth Lei da Termodinâmica, que afirma que "se dois sistemas estão ao mesmo tempo em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, eles estão em equilíbrio térmico entre si."
Quando um objeto mais quente é colocado em contato com um objeto mais frio, o objeto mais quente transfere energia térmica para o objeto mais frio. Este processo faz com que o objeto mais quente esfrie e o objeto mais frio fique mais quente.
Essa troca de energia continua até que os dois objetos tenham a mesma temperatura ou estejam em um estado de equilíbrio.
Para ilustrar isso, pegue por exemplo um copo de água quente (sistema A) e um copo de água fria (sistema B) que foram deixados em uma sala (arredores). O processo que ocorre entre a xícara de água quente (sistema A) e o ambiente (ambiente) é exotérmico porque a energia térmica é perdida. Por outro lado, o processo que ocorre entre o copo de água fria (sistema B) e o ambiente (ambiente) é endotérmico porque a energia térmica é absorvida pelo copo de água fria. Eventualmente, todos os três alcançam a mesma temperatura, a temperatura da sala.
É importante notar que sempre que dois objetos de diferentes temperaturas são colocados em contato um com o outro, a energia dos objetos mais quentes sempre se move para os objetos mais frios. Nesse sentido, a direção da transferência de energia não depende da quantidade de energia, apenas das temperaturas envolvidas.
