Il fatto che i parametri termodinamici di un sistema non cambino nel tempo non è sufficiente perché quel sistema sia in equilibrio termodinamico. Consideriamo per esempio una barra conduttrice di calore, posta in contatto a ciascun estremo con un serbatoio di calore, uno a temperatura T1, l'altro a una temperatura T2<T1. Dopo un tempo abbastanza breve, la barra assumerà uno stato indipendente dal tempo, in cui la temperatura varia linearmente tra T1 e T2 lungo la barra stessa, e in cui c'è un flusso costante di calore dal serbatoio a temperatura T1 a quello a temperatura T2. La barra si trova quindi in uno stato stazionario di non equilibrio.

 

E' da notare che non è evidente a priori quali variabili debbono essere fissate perché un sistema sia in equilibrio termodinamico. Un circuito elettrico a temperatura ordinaria può essere mantenuto in uno stato stazionario, caratterizzato da una certa corrente I, se nel circuito è presente una pila (la cui energia libera diminuisce col passare del tempo). Ma se il circuito è superconduttore, la corrente elettrica può circolare senza la presenza di una pila: in questo caso il sistema è in equilibrio termodinamico (in effetti è in uno stato metastabile, ma con una lunga durata di vita), caratterizzato dalla presenza della corrente I, e le quantità termodinamiche
come energia interna, energia libera ecc. non variano nel tempo. E' uno dei delicati problemi della termodinamica quello di individuare un insieme di quantità osservabili che permettano di identificare uno stato di equilibrio termodinamico: queste quantità possono essere diverse da sistema a sistema.