生物热力学也称宏观生物力能学，它广泛应用了物理学中的热力学理论，首先是经典热力学的基本定律，并用热力学参数来表达数量关系。例如，从葡萄糖和果糖合成蔗糖是一个ATP(腺苷三磷酸)的水解过程。这一过程与合成反应相偶联。热力学计算表明这一需能反应的自由能为5.5千卡每克分子。机体利用新陈代谢产生的能量来维持正常生命，从热力学角度可定量地测量一个生物化学反应过程或生物过程中一定数量的能量所能完成的工作。因此，生物热力学可被定义为对机体的生物和化学过程中与能量相关的定量研究，重点是生物化学反应和生物过程中的热力学规律和应用，主要内容包括Gibbs 自由能和热力学平衡等热力学规律以及与热力学相关的研究如机体内能量转换、蛋白质结构和结合以及物质跨膜输运等受能量控制的生物化学反应或生物过程。