非平衡態(tài)熱力學(xué)是熱力學(xué)的一門分支，研究時變熱力學(xué)系統(tǒng)、不可逆轉(zhuǎn)變和開始系統(tǒng)。非平衡態(tài)熱力學(xué)，和平衡態(tài)熱力學(xué)相對，是研究在非零合力、流動及產(chǎn)生熵，但沒有時間變動的隱定態(tài)中最成功的一門學(xué)科。早期所發(fā)現(xiàn)的非平衡態(tài)系統(tǒng)為BZ化學(xué)振蕩器。

基本概念

平衡態(tài)熱力學(xué)中基本的熱力學(xué)勢能為內(nèi)能（U），和其變體焓（H=U+PV）、亥姆霍茲自由能（A=U-TS）或吉布斯自由能（G=U+PV-TS）。但在非平衡態(tài)熱力學(xué)里，熵（S）才是最重要的。不可逆轉(zhuǎn)變被靜熵生成所描繪醫(yī)學(xué)教育網(wǎng)搜集。

非平衡態(tài)熱力學(xué)被用來不是熱力學(xué)平衡，但可以分成足夠小的系統(tǒng)在還夠大到可以就熱力學(xué)應(yīng)用在它身上的子系統(tǒng)的研究系統(tǒng)上。此一假設(shè)被稱為局部平衡。在某些例子中，有一堆分離的系統(tǒng)經(jīng)由一堆分離的接連來相互作用著。連續(xù)系統(tǒng)則由測量每單位體積的外延量（如密度）及認(rèn)為內(nèi)涵量有局部定義的值來研究；這表示所有的熱力學(xué)變量都可以用場來表示。內(nèi)涵量的不同或梯度被稱為熱力學(xué)作用力，且會導(dǎo)致外延量的流動。

當(dāng)一開放系統(tǒng)被允許達(dá)到一隱定態(tài)時，它會安排地讓它自己達(dá)到最小的總熵值。此一被伊利亞·普里高津和其他人所重視的原理允許我們使用變分原理來公式化隱定態(tài)非平衡態(tài)熱力學(xué)。另一個有力的工具為昂薩格倒易關(guān)系，它表示在兩個流動至其他的不同熱力學(xué)作用力的反應(yīng)之間有著某些對稱。

流動與力

假設(shè)熵S是一堆外延量的函數(shù)。每一個外延量有其共軛的內(nèi)涵量

使得

此一共軛內(nèi)涵量的梯度被稱為熱力學(xué)作用力

這些力會導(dǎo)致相對應(yīng)的外延量的通量。每一個外延量都被假定是保守的。亦即下列的連續(xù)方程成立：

其中，是的通量密度。

若有需要，亦可以在等式右邊加上一來源項。

熵生成、第二定律及昂薩格關(guān)系

由上述可知，熵的時變量為

這里，Σi IiJi為一可逆的熵流動（導(dǎo)致熵傳過系統(tǒng)的邊界）及Σi ？Ii · Ji為主體熵生成的速率。

在此一文章中，熱力學(xué)第二定律可以是指熵生成的速率必須為非負(fù)數(shù)的，即

Σi ？Ii · Ji ≥ 0.不然，將可能建造出一個可能在獨立系統(tǒng)中導(dǎo)致熵減少的熱力學(xué)作用力和流動的情形。此一條件限制了在沒有外力之下，給定一熱力學(xué)作用力的流動之可能性。

在流動很小，且熱力學(xué)作用力也變化地很緩慢的架構(gòu)下，兩者之間存在著一線性關(guān)系，可以由一標(biāo)記為L的矩陣來參數(shù)化：

Ji = Σj Li'j ？Ij.熱力學(xué)第二定律即需要矩陣L為正定矩陣。包含著力學(xué)中微觀可逆生考量的統(tǒng)計力學(xué)意味著此一矩陣為對稱矩陣。此一事實稱為昂薩格倒易關(guān)系。