Важным частным случаем состояния смеси является равновесное состояние, предполагающее установление в системе энергетического, химического и фазового равновесия. Состав смеси, определяемый в предположении равновесия, называют равновесным. Его обычно характеризуют числами молей или парциальными давлениями. Используются и относительные величины: мольные доли или весовые доли. При энергетическом равновесии распределение энергии между внутренними и поступательными степенями свободы индивидуальных веществ смеси соответствует температуре. Фазовое и химическое равновесие означает, что фазовое состояние вещества (газообразное, жидкое или твердое), а также состав смеси соответствуют температуре и давлению. Для расчета равновесного состава нужно составить и решить систему уравнений химического равновесия. В большинстве практически интересных случаев необходимо определять равновесный состав при известных (заданных) температуре и давлении. Значения всех термодинамических свойств индивидуальных веществ предполагаются известными.