Неравнове́сный проце́сс, физический процесс, включающий неравновесные состояния макроскопической системы. Неравновесный процесс обусловлен заданием исходного неравновесного состояния системы или внешним воздействием, нарушающим термодинамическое равновесие, и спонтанным стремлением неравновесной системы к равновесию. Примеры неравновесных процессов: горение и детонация; теплопередача в объёме тела, нагреваемого или охлаждаемого с поверхности; диссипация механической энергии, обусловленная трением; импульс лазерного излучения; оседание твёрдых частиц, взвешенных в жидкости. К неравновесным процессам относятся также фазовые переходы из метастабильных состояний. Неравновесные процессы необратимы.

Во многих случаях замкнутая неравновесная система состоит из подсистем, в которых равновесие устанавливается быстро по сравнению с равновесием между подсистемами. Примерами таких подсистем являются компоненты неравновесного химического и электронно-ионного состава газа, подсистемы внутримолекулярных колебаний, спинов электронов и ядер в твёрдом теле, локально равновесные элементы объёма в системе с градиентами температуры или химического состава. На наиболее длительной стадии неравновесного процесса подсистемы внутри себя уже равновесны, но не равновесны относительно друг друга. К таким состояниям системы применимо понятие энтропии, определённой как сумма энтропий $s_i$ всех равновесных подсистем. Сумма в неравновесном процессе со временем возрастает и достигает максимального значения при установлении равновесия между подсистемами. Энтропии некоторых подсистем могут в неравновесных процессах оставаться постоянными или уменьшаться, что не противоречит закону возрастания энтропии, т. к. подсистемы не замкнуты. См. также Термодинамика неравновесных процессов.