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Eine Zelle stellt ein energetisch offenes System dar. Ständig tauscht sie mit ihrer Umgebung Stoffe und Energie aus. Diesem Austausch liegen entsprechende physikalische Gesetzmäßigkeiten zugrunde. So erklären der 1. und 2. Hauptsatz der Thermodynamik die energetischen Verhältnisse in biologischen Systemen. Die Gesetze des Fließgleichgewichts gelten für alle biologischen Systeme und leiten sich aus der Nichtgleichgewichts-Thermodynamik her.

Die Gesetze des I. und II. Hauptsatzes der Thermodynamik gelten auch für lebende Systeme. Als offene Systeme nehmen sie Energie auf und wandeln sie in andere Energieformen um. Die nutzbare Energie bezeichnet man als Freie Energie. Gleichzeitig geht Energie für die Zelle als Wärme verloren. Die Entropie nimmt zu.