自由能是熱力學中的一個核心概念，指的是在一個特定的熱力學過程中，系統可以對外輸出的「有用能量」。
自由能是系統減少的內能中可以轉化為對外做功的部分，它是熱力學態函式，可以作為一個反應能否自發進行的判據。自由能在物理學、化學、生物學等多個科學領域中發揮著至關重要的作用，在化學中，自由能的變化是判斷反應是否自發進行的關鍵因素。在生物學中，自由能的概念用於理解生命過程中的重要分子反應，如ATP的合成和分解、蛋白質和其他分子的結合穩定性。此外，自由能的計算是材料科學中的一個重要套用，用於預測合金、聚合物等材料的相行為和穩定性。
自由能的定義公式為A=U-TS，其中U、S分別為系統的內能和熵，T為系統的熱力學溫度。在實際套用中，對實際體系的自由能計算通常是一個比較複雜的過程，為此人們發展出了很多計算自由能的方法。