生物体通过新陈代谢生成能量，以维持其生命活动的正常运行。从热力学的角度来看，我们可以对生物化学反应或生命过程中的能量利用进行精确的测量，衡量其能完成的工作量。生物热力学，因此，是一项专注于研究机体内部生物和化学过程中的能量相关量的学科，其核心在于揭示生物化学反应和生命过程中的热力学原理及其应用。
它的核心内容涵盖了Gibbs 自由能和热力学平衡等基本热力学规律。Gibbs 自由能是用来衡量反应进行方向和限度的重要参数，它揭示了化学反应自发进行的可能性。热力学平衡则是描述系统在没有外力作用下，各状态之间的稳定状态，是理解生物体系动态平衡的基础。
此外，生物热力学还深入探究了能量在机体内的转换过程，如蛋白质结构的改变和物质跨膜运输，这些都受到能量调控的生物化学反应。例如，蛋白质结构的变化可能与能量供应密切相关，而物质通过细胞膜的运输则依赖于能量驱动的跨膜泵作用。这些研究不仅有助于我们理解生命活动的基本机制，也为生物技术、医药研发等领域提供了理论支持。
也称宏观生物力能学，它广泛应用了物理学中的热力学理论，首先是经典热力学的基本定律，并用热力学参数来表达数量关系。例如，从葡萄糖和果糖合成蔗糖是一个ATP(腺苷三磷酸)的水解过程。这一过程与合成反应相偶联。热力学计算表明这一需能反应的自由能为5.5千卡每克分子。