Обрати́мый проце́сс, процесс, который может идти как в прямом, так и в обратном направлении с прохождением в обратном порядке всех промежуточных макроскопических состояний, через которые система проходила в прямом направлении. Эти состояния должны быть термодинамически равновесными, иначе в них неизбежны необратимые процессы, идущие только в одном направлении. Замкнутая равновесная система стационарна; в ней нет никаких макроскопических процессов (за исключением флуктуаций макроскопического масштаба, вероятность которых ничтожно мала). Поэтому применительно к такой системе понятие обратимого процесса не имеет смысла. Для изменения равновесного состояния необходимо внешнее воздействие. Оно должно менять состояние системы медленно по сравнению со скоростью восстановления (релаксации) термодинамического равновесия в системе. При таком условии внешнее воздействие не приведёт к значительному нарушению равновесия – система будет успевать подстраиваться к изменениям, оставаясь почти равновесной с новыми, меняющимися в обратимом процессе термодинамическими параметрами: температурой, давлением и др. Чем медленнее внешнее воздействие, тем меньшим будет нарушение равновесия в системе, но оно будет исключено полностью только в пределе бесконечно медленного процесса.

Реальные воздействия и обусловленные ими процессы имеют конечную скорость. Поэтому, строго говоря, обратимый процесс – это теоретическая идеализация, которая применима к реальным процессам в тех случаях, когда нарушением термодинамического равновесия можно пренебречь. В таком приближении при описании реальных процессов уравнениями механики сплошной среды и другими используются термодинамические функции и соотношения между ними, характеризующие равновесные свойства любых конкретных веществ. Примеры обратимых процессов – цикл Карно, изменение равновесных химического и электронно-ионного составов газов при медленном изменении температуры и/или плотности.