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化学平衡是化学反应中的重要概念。可逆反应是指在相同条件下，既能向正反应方向进行，又能向逆反应方向进行的反应。在可逆反应中，正反应和逆反应同时进行，反应物和生成物同时存在。随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，当两者相等时，反应达到平衡状态。这是一个动态平衡，分子仍在不断转化，但宏观上各物质的浓度保持不变。
化学平衡状态具有四个重要特征。首先是动态性，平衡时正逆反应速率相等但不为零，分子仍在不断转化。其次是条件性，平衡状态只在一定条件下存在。第三是相对性，各物质浓度保持相对稳定不变。最后是统一性，同一可逆反应在相同条件下有唯一的平衡状态。以合成氨反应为例，随着反应进行，氮气和氢气浓度逐渐降低，氨气浓度逐渐升高，当正逆反应速率相等时达到平衡，此时各物质浓度不再变化。
化学平衡常数K是定量描述化学平衡的重要参数。它定义为在一定温度下，可逆反应达到平衡时，生成物浓度幂的乘积与反应物浓度幂的乘积的比值。书写平衡常数表达式时，生成物浓度写在分子，反应物浓度写在分母，浓度的幂等于各物质的化学计量数。需要注意的是，平衡常数只与温度有关，与浓度和压强无关。另外，纯固体和纯液体的浓度视为常数，不写入表达式中。通过具体例子可以看出不同类型反应的平衡常数表达式写法。
勒夏特列原理是预测化学平衡移动方向的重要原理。该原理指出，如果改变影响平衡的一个条件，平衡就会向减弱这种改变的方向移动。影响化学平衡的主要因素包括浓度、压强和温度。当增加反应物浓度时，平衡向右移动以消耗过量的反应物；当增加生成物浓度时，平衡向左移动。对于气体反应，增大压强会使平衡向气体分子数少的方向移动。温度变化的影响取决于反应的热效应：升温使平衡向吸热反应方向移动，降温使平衡向放热反应方向移动。以合成氨反应为例，这是一个放热反应，升温会使平衡左移，不利于氨的生成。
化学平衡理论在工业生产中有重要应用。以哈伯法合成氨为例，这是一个放热的气体分子数减少的反应。根据勒夏特列原理，低温和高压都有利于氨的生成。但是温度过低会使反应速率太慢，影响生产效率。因此工业上选择400到500摄氏度的适中温度，既保证一定的产率又有合适的反应速率。压强方面选择150到300个大气压的高压条件。同时使用铁催化剂来加快反应速率。整个工艺还采用循环操作，将未反应的原料回收利用，提高原料利用率。类似地，接触法制硫酸也是根据化学平衡原理来选择最适宜的反应条件，实现工业化生产。