Questa è la classica definizione di equilibrio termico data da Feynman. Questa definizione contiene diversi importanti aspetti:

1. Il sistema è accoppiato con un (solo) serbatoio di calore (o al limite può essere isolato).
2. L'accoppiamento è debole e non precisamente specificato: in pratica, si richiede che la natura dell'accoppiamento non influisca sulle proprietà osservate del sistema termodinamico.
3. La distinzione fra le cose 'veloci' e quelle 'lente' richiede che si definisca una scala di tempi d'osservazione, su cui le proprietà del sistema non cambiano in maniera vistosa.

La questione di che cosa sia un "serbatoio di calore" viene poi risolta un po' circolarmente dicendo che si tratta di un sistema termodinamico all'equilibrio secondo questa definizione, abbastanza grande rispetto al sistema che si vuole studiare, e la cui natura precisa non deve influire sui risultati (per il punto 2).

Si può mettere un sistema in uno stato stazionario (indipendente dal tempo) di non equilibrio mettendolo in contatto con più d'un serbatoio di calore (o di materia o d'altro). Per esempio, se una barra metallica viene messa in contatto a un'estremità con un serbatoio di calore alla temperatura T₁, e all'altra con uno alla differente temperatura T₂, essa andrà abbastanza velocemente in uno stato stazionario, in cui la temperatura varia linearmente fra T₁ e T₂ quando ci si sposta lungo la barra. La caratteristica del genuino equilibrio termico è che le proprietà del sistema non variano se lo si isola dal serbatoio di calore e lo si lascia libero di evolvere; invece, se si isola la barra dalle sue sorgenti, essa tenderà a uno stato con temperatura uniforme, intermedia fra T₁ e T₂.

Il problema centrale della termodinamica classica è quello di predire le proprietà dello stato di equilibrio che viene raggiunto da un sistema composito, costituito da sottosistemi preparati ciascuno in un preciso stato di equilibrio iniziale, quando questi sistemi vengono messi in contatto reciproco. Possiamo immaginare la "messa in contatto" come la rimozione di vincoli che impediscono lo scambio di quantità fisiche come l'energia, il numero di particelle, la carica ecc. fra i sottosistemi. Quindi lo stato iniziale è uno stato di equilibrio finché si mantengono i vincoli: diventa uno stato di non equilibrio quando i vincoli sono rimossi. Gli stati virtuali sono tutti gli stati d'equilibrio del sistema composito compatibili con i vincoli. La legge fondamentale della termodinamica è che lo stato d'equilibrio è identificato come quello, fra tutti gli stati virtuali, cui corrisponde il valore massimo dell'entropia.

In questa formulazione stretta, la termodinamica si occupa solo di stati d'equilibrio. Ci sono stati diversi tentativi di estendere la termodinamica a stati di non equilibrio (c'è una disciplina chiamata "Termodinamica dei processi irreversibili"),soprattutto a stati in qualche senso "vicini" a stati d'equilibrio, o perché in condizioni di equilibrio locale, o perché i flussi (di energia, di carica) che percorrono il sistema sono piccoli in qualche senso definibile. Queste teorie richiedono però di estendere la base assiomatica della termodinamica, e non ne hanno la generalità. Analogamente, è in corso il tentativo di trovare comportamenti universali nella meccanica statistica di sistemi di non equilibrio, caratterizzati o da un'evoluzione lenta (vetri) o da condizioni stazionarie. Dubito che anche in questo caso si raggiungeranno risultati di universalità paragonabile a quelli della meccanica statistica classica.