Dwa obiekty w fizycznym kontakcie ze sobą są w równowadze termicznej, gdy osiągną tę samą temperaturę i wymiana energii cieplnej już nie występuje. Według HyperPhysics, relacja równowagi termicznej następuje po Zeroth Prawo termodynamiki, które stwierdza, że "jeśli dwa systemy są w tym samym czasie w równowadze termicznej z trzecim układem, zachowują równowagę termiczną między sobą."
Gdy gorętszy obiekt zostanie umieszczony w cieplejszym obiekcie, cieplejszy obiekt przesyła energię cieplną do chłodniejszego obiektu. Ten proces powoduje, że gorętszy obiekt się ochładza, a chłodniejszy obiekt staje się cieplejszy.
Ta wymiana energii trwa, dopóki oba obiekty nie osiągną tej samej temperatury lub stan równowagi.
Aby to zilustrować, weźmy na przykład filiżankę gorącej wody (system A) i kubek zimnej wody (system B) pozostawione w pokoju (otoczenie). Proces zachodzący między kubkiem gorącej wody (system A) a pomieszczeniem (otoczeniem) jest egzotermiczny, ponieważ utracona jest energia cieplna. Odwrotnie, proces zachodzący między kubkiem zimnej wody (system B) a pomieszczeniem (otoczeniem) jest endotermiczny, ponieważ energia cieplna jest absorbowana przez kubek zimnej wody. Ostatecznie wszystkie trzy osiągają tę samą temperaturę, temperaturę pokoju.
Ważne jest, aby pamiętać, że gdy dwa obiekty o różnych temperaturach są ze sobą w kontakcie, energia z cieplejszych obiektów zawsze przesuwa się do chłodniejszych obiektów. Pod tym względem kierunek transferu energii nie zależy od ilości energii, tylko od temperatury.
