系统中状态变量不是常量的定常状态。定常状态指系统从初始状态开始随时间演进而进入的终态。非平衡态就是除平衡态以外的定常状态,包括周期运动状态(即振荡态)、概周期状态（即遍历态）以及混沌态。

非平衡态热力学被用来不是热力学平衡，但可以分成足够小的系统在还够大到可以就热力学应用在它身上的子系统的研究系统上。此一假设被称为局部平衡。在某些例子中，有一堆分离的系统经由一堆分离的接连来相互作用著。连续系统则由测量每单位体积的外延量(如密度)及认为内涵量有局部定义的值来研究；这表示所有的热力学变量都可以用场来表示。内涵量的不同或梯度被称为热力学作用力，且会导致外延量的流动。

当一开放系统被允许达到一隐定态时，它会安排地让它自己达到最小的总熵值。此一被伊利亚·普里高津和其他人所重视的原理允许我们使用变分原理来公式化隐定态非平衡态热力学。另一个有力的工具为昂萨格倒易关系，它表示在两个流动至其他的不同热力学作用力的反应之间有著某些对称。

非平衡态统计物理中的熵产生概念是用来描述该非平衡定态距离平衡态远近的物理量，这和非平衡态统计物理中另一个宏观可逆性的概念相联系。一个宏观不可逆的定态系统必须具有正的熵产生，且非平衡。

当浓度、温度、或流体的运动速度在空间分布不均匀时，系统处于 非平衡态，将产生物质、热量或动量的传递。其他如电磁辐射的吸收、光的弹性散射、准弹性散射和非弹性散射、中子散射、介电弛豫和分子光谱等，都涉及非平衡态。实际过程的产生均起源于非平衡态。随时间流逝由非平衡态趋向平衡态是所有实际过程的共同特征。在分子水平上研究非平衡态的特点，将微观的分子性质与宏观的非平衡态的性质联系起来，是非平衡态统计力学的任务。