随机热力学（stochastic thermodynamics），理学-化学-物理化学-计算与理论化学，对于非平衡等温系综下工作的热力学系统在单个随机轨迹层面上的热力学描述。随机热力学把经典热力学中的功、热、熵产生等概念扩展到对非平衡过程的刻画中。代表性的随机热力学系统有时在激光陷阱约束下的单个胶体颗粒、流体内的高分子、单分子实验中的生物酶和生物分子马达、小生化网络和热电器件中的单电子输运等等。这些系统的非平衡轨迹的总能量守恒，可以用基于马尔可夫动力学的朗之万方程或者主方程进行描述，从而使轨迹涨落的噪声和反应速率满足细致平衡条件。从同一主方程理论出发可以推导出针对不同系统和不同非平衡条件的多种涨落理论。包含熵产生的广义涨落—耗散定理对于非平衡稳态成立，这些理论适用于有限时间内态间的最优迁移、基于测量的反馈过程、耗散和不可逆的关系等多种问题。对于等温分子机器（如分子马达）和热机分子机器（如热电器件）可以超出线性响应理论的范围，在基于熵产生循环分解的通用理论框架内进行理解。经典热力学揭示了处于平衡与近平衡态的热力学系统与环境进行热、功、物质等交换的客观规律。