Pode ser definido de modo geral como a soma de todos os processos químicos e físicos envolvidos na produção de energia a partir de fontes exógenas e endógenas, na síntese e na degradação estrutural e funcional dos componentes dos tecidos e no descarte dos produtos refugáveis resultantes. O balanço energético no organismo é regulado por leis da termodinâmica, mesmo assim, a energia pode ser obtida de várias formas, bem como, armazenada de várias formas e até gasta de várias formas. Para isto, o organismo possui a capacidade de efetuar interconversões energéticas, por exemplo, energia mecânica em energia cinética, energia química em energia térmica, e assim vai... Em condições normais, ou seja, dentro das regras básicas, quando tudo isto ocorre e a entrada de energia é igual a sua saída, chamamos de equilíbrio ou estado estável (steady state).
As reações nas quais ocorre aumento do grau de desordem (entropia) de um sistema ocorrem espontaneamente com liberação de energia (reação exergônica) ou catabolismo. Em contraste, as reações que são direcionadas na diminuição da aleatoriedade são reações que absorvem energia para que possam ocorrer (reação endergônica) ou anabolismo.
Em termodinâmica, a primeira lei afirma que a energia toral de um sistema e sua circunvizinhança é constante, isto é, a energia é conservada. A seguinte expressão matemática é utilizada para calcular a energia de um sistema:
ΔΕ = EB - EA = Q - W
Nesta equação, E é a representação da energia de um sistema, no começo do processo EA e, no fim do processo EB; Q é o calor absorvido pelo sistema e W, o trabalho realizado pelo sistema. A primeira lei da termodinâmica não pode ser aplicada para prever a ocorrência espontânea de uma reação. O motivo reside no fato de que uma reação somente ocorre espontaneamente quando a soma das entropias (sistema e circunvizinhança) sejam positivas e a energia livre (ΔG) seja negativa. Isto é a segunda lei da termodinâmica. Uma reação só pode ocorrer espontaneamente se ΔG for negativo e seu equilíbrio é atingido sem variações quando este ΔG for zero.
