Серед безлічі можливостей хімії є її здатність прогнозувати, чи відбудеться процес в заданих умовах. Термодинаміка, вивчення взаємозв'язків між енергією і роботою, пов'язаною з хімічними і фізичними процесами, забезпечує цю прогностичну здатність. Попередні глави цього тексту описували різні застосування термохімії, важливий аспект термодинаміки, пов'язаний з тепловим потоком, що супроводжує хімічні реакції та фазові переходи. У цій главі будуть введені додаткові термодинамічні поняття, в тому числі ті, які дозволяють прогнозувати будь-які хімічні або фізичні зміни за заданого набору умов.
Хімічні і фізичні процеси мають природну тенденцію протікати в одному напрямку при певних умовах. Спонтанний процес відбувається без необхідності постійного надходження енергії з якогось зовнішнього джерела, тоді як неспонтанний процес вимагає такого. Системи, що проходять спонтанний процес, можуть або не можуть відчувати посилення або втрату енергії, але вони відчують зміну способу розподілу матерії та/або енергії всередині системи.
Вільна енергія Гіббса (G) - це функція стану, визначена лише стосовно системних величин і може бути використана для прогнозування спонтанності процесу. Від'ємне значення для ΔG вказує на спонтанний процес; позитивний ΔG вказує на неспонтанний процес; а ΔG нуля вказує на те, що система знаходиться в рівновазі. Можливий ряд підходів до обчислення змін вільної енергії.