化学势的概念被运用于很多关于化学平衡的方面,比如熔化、沸腾、蒸发、溶解、渗透、分配系数、液体萃取、层析分离,这些情况下通常都会有一个表征各分量物质化学势的函数。在电化学中,离子不一定总是从高化学势流向低化学势,但是它们会从高的“电化学势”流向低的“电化学势”,与化学势不同的是,电化学势还计入了静电力的作用,因而可以完全的描述离子的运动。某种粒子-i(原子、分子或原子核)的化学势 是一个强度量,其定义来自于唯象引入的的热力学基本关系这里是系统内能 U 的变化微元,是系统熵 S 的变化,是体积的变化,而是第i种粒子的粒子数的变化,T是绝对温度,P是压强。当存在电磁场时,此式中还要计入相应的电磁做功的项。由上述热力学基本关系,我们得到化学势的定义为:然而此定义对于实际系统有一些不方便,比如说对于化学溶液,当加入粒子时,又要想保持体积和熵等变量不变,这几乎是不可能的。为此,我们通过Legendre变换来引入另一个热力势:吉布斯自由能,,将此形式微分得到:,将这里的dU用上面的热力学基本关系替换,我们就可以得到:于是,我们就得到化学势的另一个表达式:在改变吉布斯自由能时同时又固定温度和压强不变则是在通常情况下可以做到的,于是,这种情况下我们可以得到若一个系统的温度和压强固定不变,而又可以与外界环境有粒子交换,热力学平衡状态就意味着系统的吉布斯自由能应当处于极小值,即:这一等式关系可以用于建立化学反应的平衡常数。类似的,我们还可以对做其它形式的Legendre变换,从而得到其它的热力学势函数,如焓,Helmholtz自由能,于是相应的化学势为:这些不同的形式都是化学势,只是运用于不同的物理条件下。Gibbs–Duhem方程描述了一个热力学系统中的组分的化学势变化之间的关系。例如一种由两种物质组成的混合物,在确定的温度和压强下,这两种物质的化学势满足如下关系:相变平衡或化学平衡往往都会有一个决定相变的常数。比如,冰融化的温度(冰点),即为固相和液相平衡的温度。化学势可以用来解释由Clapeyron方程解出的相图中的斜率,这些也可以由Gibbs–Duhem方程给出,还可以解释一些“依数性”(如溶剂蒸气压的降低导致溶液凝固点下降),并可以很自然的导出拉乌尔定律和亨利定律。