Egenskapene til et termodynamisk system med partikler som befinner seg i et volum og er i termisk likevekt med temperatur , kan finnes fra Helmholtz fri energi = (). Den kan beregnes ved bruk av det kanoniske ensemblet i statistisk mekanikk. Samtidig kan den utledes direkte fra systemets indre energi ved bruk av Legendre-transformasjoner. Det gir at = - + hvor er trykket i systemet og er dets kjemiske potensial.