Viele Reaktionen laufen nicht vollständig ab, sondern erreichen ein dynamisches Gleichgewicht: Hin- und Rückreaktion laufen gleich schnell ab, die Konzentrationen ändern sich makroskopisch nicht mehr — obwohl auf Teilchenebene weiter reagiert wird.
Die Reaktionsraten sind rhin = khin·c(A)·c(B) und rrück = krück·c(C)·c(D). Im Gleichgewicht gilt rhin = rrück — daraus folgt das Massenwirkungsgesetz: K꜀ = c(C)·c(D) / (c(A)·c(B)) = khin/krück. Wird das Gleichgewicht gestört — etwa durch schlagartige Konzentrationsänderung — stellt sich ein neuer Gleichgewichtszustand ein, der der Störung entgegenwirkt (Prinzip von Le Chatelier).
Beide Elementarreaktionen sind zweiter Ordnung — je ein Teilchenpaar muss kollidieren:
rrück = krück · c(C) · c(D)
v = rhin − rrück
Die Netto-Änderung der Konzentrationen beschreiben die Differentialgleichungen:
dc(C)/dt = dc(D)/dt = +v
Im Gleichgewicht gilt rhin = rrück. Umstellen liefert:
Der Reaktionsquotient Q hat dieselbe Form, gilt aber zu jedem Zeitpunkt: Ist Q < K꜀, läuft die Reaktion netto nach rechts, ist Q > K꜀ nach links. Ein Katalysator vergrößert khin und krück um denselben Faktor — K꜀ und damit die Gleichgewichtslage bleiben gleich, nur die Einstellung erfolgt schneller.
Mit der Reaktionslaufzahl ξ (c(A)=c₀(A)−ξ usw.) wird das Massenwirkungsgesetz zur quadratischen Gleichung — ihre physikalisch sinnvolle Lösung ξeq liefert die gestrichelten Ziellinien im Diagramm.