熱平衡（thermal equilibrium ），指的是溫度不同的系統，通過熱傳遞的方式最后達到溫度相同的狀態。系統間存在溫度差是發生熱傳遞（熱交換）的條件，溫度既然相同了，也就不會發生熱傳遞了，也就是系統間已經達到了熱平衡狀態了。

單個系統內

倘若組成單個系統的各部分之間沒有熱量的傳遞，且與外界也沒有熱量的傳遞，則系統處于熱平衡。這時系統內各部分溫度相等且等于外界溫度。在熱平衡時，物體各部分以及物體同外界之間都沒有熱量交換。在熱工和化學中，如物體在同一時間內吸收和放出的熱量恰好相抵消，也稱該物體處于熱平衡。

兩個系統間

一個處于任意平衡狀態的系統，在沒有宏觀功的條件下，靠系統與外界直接相互作用以改變系統狀態的方式稱熱接觸（或熱交換）。兩個熱力學系統進行熱接觸時，系統原來的平衡狀態一般都將發生變化；經過足夠長的時間之后，熱交換停止；這時可以認為兩個系統處于熱平衡。如果兩個系統熱接觸時，狀態沒有發生變化，則說明兩個系統已是互為熱平衡的。可熱平衡定律

熱平衡定律是熱力學中的一個基本實驗定律，其重要意義在于它是科學定義溫度概念的基礎，是用溫度計測量溫度的依據。在熱力學中，溫度、內能、熵是三個基本的狀態函數，內能是由熱力學第一定律確定的；熵是由熱力學第二定律確定的；而溫度是由熱平衡定律確定的。