Fazne promjene u tvari podijeljene su u dvije osnovne kategorije: endotermne i egzotermne. Egzotermno znači “vanjska toplina” na grčkom, za razliku od endotermne “unutarnje topline”. Endotermnim reakcijama potrebna je toplina ili energija da bi se stvorile nove kemijske veze, na primjer kada se kocka leda otopi u tekućinu, a zatim prokuha u paru. Egzotermne reakcije, s druge strane, stvaraju više energije nego što je potrebno za njihovo olakšanje, uzrokujući porast temperature neposredno oko reakcije. To se događa kada se kiša formira u oblaku, pa čak i kada se kiša smrzne u led na tlu.
Neke od najilustrativnijih egzotermnih reakcija uključuju plamen. Šibice, logorske vatre, vatromet i rakete koriste ove reakcije za proizvodnju energije koja se koristi u različite svrhe. Mnogi olakšavaju endotermne reakcije poput pravljenja kruha, kuhanja juhe ili zagrijavanja ruku. Ipak, egzotermne reakcije ne daju samo toplinu; često zahtijevaju barem početnu opskrbu energijom koja osigurava ono što se naziva energijom aktivacije. U egzotermnim reakcijama, međutim, uložena energija uvijek će biti manja od ukupne proizvedene energije; iskra nikada neće biti veća od plamena.
Ostale reakcije ove vrste teže je doživjeti. Kada se hrđa formira na metalu, još jedna uobičajena egzotermna reakcija, ne čini se da se procesom odaje toplina. Međutim, toplina je oslobođena; tijekom nekoliko sati, u samo pravim uvjetima vlage, svjetlosti i temperature, miješanje željeza i kisika proizvodi željezni oksid i malo topline.
Znanstvenici koriste instrument koji se zove kalorimetar da procijene koliko topline nastaje promjenom faze ili kemijskom reakcijom. To uključuje provođenje reakcije u vodenoj kupelji kako bi se izmjerila nastala promjena temperature. Rezultati pokazuju je li određena reakcija endotermna ili egzotermna.
Učitelji kemije često koriste jedan ili više od nekoliko pažljivo nadziranih eksperimenata kako bi ilustrirali principe egzotermnih reakcija. Lekcija može biti jednostavna kao što je paljenje šibice i objašnjenje kako iskra zapali egzotermnu reakciju između sumpora i kisika kako bi se proizvela toplina. Drugi uobičajeni eksperiment uključuje miješanje vode i kalcijevog klorida, sredstva za odmrzavanje koje se također koristi u prijenosnim grijačima, a zatim mjerenje količine topline proizvedene reakcijom.
Mnogi forenzičari iscrpno proučavaju egzotermne reakcije. Prvo moraju naučiti kako se odvijaju razne kemijske reakcije i koliko topline nastaje. Kao istražitelji, ovo ih znanje bolje osposobljava da otkriju što je uzrokovalo požar ili eksploziju – i odrede kako ih najbolje ugasiti u budućnosti.