Liệu một phản ứng có tự xảy ra không? Đó là câu hỏi mà năng lượng tự do Gibbs trả lời. Nó kết hợp enthalpy và entropy thành một đại lượng duy nhất dự đoán tính tự phát của phản ứng. Phương trình là ΔG = ΔH - TΔS. Nếu ΔG âm, phản ứng là tự phát. Nếu nó dương, phản ứng là không tự phát. Nếu nó bằng không, hệ thống ở trạng thái cân bằng. Năng lượng tự do Gibbs là động lực nhiệt động học.

Khái niệm này được Josiah Willard Gibbs phát triển vào những năm 1870. Ông đã chỉ ra rằng ở nhiệt độ và áp suất không đổi, hướng của sự thay đổi tự phát là hướng tới năng lượng tự do thấp hơn. Năng lượng tự do là năng lượng có sẵn để thực hiện công việc hữu ích. Một phần tổng năng lượng bị ràng buộc trong entropy và không thể sử dụng được. Phần còn lại là năng lượng tự do.

Năng lượng tự do Gibbs giải thích được nhiều quan sát. Phản ứng tỏa nhiệt với entropy tăng dần luôn luôn tự phát. Phản ứng thu nhiệt với entropy giảm dần không bao giờ tự phát. Phản ứng tỏa nhiệt với entropy giảm dần tự phát ở nhiệt độ thấp. Phản ứng thu nhiệt với entropy tăng dần tự phát ở nhiệt độ cao. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ xuất phát từ số hạng T ΔS.

Năng lượng tự do Gibbs được sử dụng để dự đoán khả năng xảy ra phản ứng, tính toán hằng số cân bằng và thiết kế các quá trình hóa học. Nó cũng được sử dụng trong sinh học để hiểu về quá trình trao đổi chất. Sự thủy phân ATP có delta G âm, đó là lý do tại sao nó thúc đẩy hoạt động của tế bào. Lĩnh vực sinh năng lượng học được xây dựng dựa trên năng lượng tự do Gibbs.