Термодинами́ческая систе́ма, совокупность макроскопических тел, которые могут взаимодействовать между собой и с другими телами (внешней средой) – обмениваться с ними энергией и веществом. Термодинамическая система состоит из столь большого числа структурных частиц (атомов, молекул), что её состояние можно характеризовать макроскопическими параметрами: плотностью, давлением, концентрацией веществ и др.

Для равновесных термодинамических систем вводится понятие температуры как параметра состояния, имеющего одинаковое значение для всех макроскопических частей системы. Число независимых параметров состояния равно числу степеней свободы термодинамической системы, остальные параметры могут быть выражены через независимые с помощью уравнения состояния. Свойства равновесных термодинамических систем изучает термодинамика равновесных процессов, свойства неравновесных систем – термодинамика неравновесных процессов.

В термодинамике рассматривают: закрытые системы, не обменивающиеся веществом с другими системами; открытые системы, обменивающиеся веществом и энергией с другими системами; адиабатные системы, в которых отсутствует теплообмен с другими системами; изолированные системы, не обменивающиеся с другими системами ни энергией, ни веществом. Если система не изолирована, то её состояние может изменяться; изменение состояния термодинамической системы называется термодинамическим процессом. Термодинамическая система может быть физически однородной (гомогенной системой) и неоднородной (гетерогенной системой), состоящей из нескольких однородных частей с разными физическими свойствами.