Šiluminė pusiausvyra pasiekiama, kai du objektai ar sistemos pasiekia tą pačią temperatūrą ir nustoja keistis energija per šilumą. Kai du objektai dedami kartu, objektas, turintis daugiau šilumos, praras tą energiją objektui, turinčiam mažiau šilumos. Galų gale jų temperatūra bus vienoda ir jie nustos keistis šilumos energija, nes nė vienas objektas nėra šiltesnis ar vėsesnis už kitą. Šiuo metu jie yra šiluminės pusiausvyros būsenoje.
Šiluminis kontaktas yra svarbi sąvoka, susijusi su šilumine pusiausvyra. Laikoma, kad kelios sistemos turi šiluminį kontaktą, jei jos gali paveikti kitų temperatūrą. Jei sodos butelis išimamas iš šaldytuvo ir padedamas ant virtuvės stalviršio, kuris yra kambario temperatūros, prekystalis ir sodos butelis turi terminį kontaktą. Šilumos energija iš prekystalio teka į šaltą sodos butelį. Galų gale jų temperatūra bus vienoda ir jie bus šiluminės pusiausvyros būsenoje.
Šiluminėse sistemose, kuriose yra šiluminio kontakto objektai, šiluma teka iš šiltesnio objekto, kuriame yra daugiau šiluminės energijos, į vėsesnį objektą, kuriame yra mažiau šiluminės energijos. Todėl objektai ir sistemos gali įgyti arba prarasti šilumą. Tačiau jie techniškai negali įgyti ar prarasti šalčio, nes nėra atskiros „šaltos energijos“. Šiluminėje sistemoje šiltesnis objektas praranda šilumos energiją šaltesniam objektui, kol pasiekiama pusiausvyra.
Šiluminės pusiausvyros sąvoka dažniausiai naudojama ir tiriama chemijos srityje, ypač tiriant termodinamiką. Termodinamika paprastai dėstoma įvadiniu lygiu vidurinės mokyklos chemijos kursuose, tačiau tai labai sudėtinga tema, kuri nėra iki galo paaiškinama studentams iki aukštesniųjų chemijos ir fizikos pamokų kolegijoje.
Kartu su savo vieta laboratorijoje šiluminė pusiausvyra gamtoje užima labai svarbią vietą. Cheminės sistemos egzistuoja daugelyje gyvų ir negyvų gamtos objektų, todėl labai svarbu išlaikyti šių sistemų pusiausvyrą. Pavyzdžiui, žmogaus organizme fermentai dalyvauja daugybėje cheminių reakcijų, kurios yra gyvybiškai svarbios gyvybei. Tačiau fermentai tampa nenaudingi, kai pasiekia per aukštą arba per žemą temperatūrą. Jie turi išlikti pastovioje pusiausvyroje, kad išliktų funkcionalūs, ir jie turi išlikti funkcionalūs, kad veiktų pats žmogaus kūnas.