自由エネルギーとは、熱力学における状態量の1つであり、化学変化を含めた熱力学的系の等温過程において、系の最大仕事(潜在的な仕事能力)、自発的変化の方向、平衡条件などを表す指標となる。物体の内部エネルギーをE、絶対温度をT、エントロピーをSとするとき，F＝E?TSをヘルムホルツの自由エネルギーまたは単に自由エネルギーといい、さらに物体の圧力をp、体積をVとするとき、G＝F＋pV＝E?TS＋pVをギブズの自由エネルギーまたは熱力学的ポテンシャルという。物体が等温（または等温・等圧）変化をする場合、F（またはG）の増加は、変化が可逆的なら外からなされた仕事に等しく、不可逆的なら外からの仕事より小さい。熱力学第二法則より、系は自由エネルギーが減少する方向に進行する。閉じた系で温度・圧力が一定なら、F、Gが極小のとき熱平衡が成り立つ。