定义

亥姆霍兹能F定义为：

其中 U是系统的内能，T为热力学温度，S为熵。

根据热力学第一定律及热力学第二定律：

在等温（系统的始态温度T1、终态温度T2和环境的温度Te相等，即T1=T2=Te）的情况下，温度T为常数，则此时，存在

或

式中不等号表示不可逆过程，等号表示可逆过程。由此可知，在等温过程中，一个封闭体系所能做的最大功等于其亥姆霍兹能的减少。因此，亥姆霍兹能可以理解为等温条件下体系作功的本领。

物理意义

封闭系统在等温条件下系统亥姆霍兹能减少，等于可逆过程系统所作的最大功；若是不可逆过程，系统亥姆霍兹能的减少恒大于不可逆过程的功。

亥姆霍兹能是状态函数，只要状态一定，其值就一定，而不在乎是否发生的是等温或是可逆过程。只是在等温可逆过程中，系统所做的最大功（-W）才等于亥姆霍兹能的减少。1

最小亥姆霍兹能原理

系统在等温等容，无非体积功的条件下，W=0，此时