Vrije energie verwijst, in de context van de natuurkunde en thermodynamica, naar de energie die in een systeem beschikbaar is om nuttig werk te doen. Het is ook bekend als Gibbs vrije energie of eenvoudigweg G. Vrije energie houdt rekening met zowel de enthalpie (totale warmte-inhoud van een systeem) als de entropie (mate van wanorde) van het systeem, en biedt een maatstaf voor de spontaniteit van een proces of reactie onder constante temperatuur- en drukomstandigheden. Een negatieve verandering in de vrije energie (ΔG <0) geeft aan dat een reactie spontaan is en kan plaatsvinden zonder externe energie-input, terwijl een positieve ΔG een niet-spontane reactie aangeeft waarvoor energie-input nodig is om door te gaan. De term 'vrije energie' kan soms verkeerd worden begrepen buiten de wetenschappelijke context. In het wetenschappelijke discours verwijst vrije energie specifiek naar het thermodynamische potentieel dat kan worden gebruikt om werk uit te voeren, vooral in fysische en chemische processen. Het impliceert niet energie die gratis is of zonder enige moeite of kosten beschikbaar is. Geen enkele energie is werkelijk gratis in de zin van kosteloos of universeel beschikbaar zonder grenzen. In de natuurkunde en techniek verwijst vrije energie naar het hierboven beschreven thermodynamische concept, dat de energie kwantificeert die beschikbaar is om werk in een systeem te doen. Bij alle vormen van energie zijn hulpbronnen betrokken, of het nu gaat om natuurlijke hulpbronnen, menselijke arbeid of technologische input, en deze brengen doorgaans kosten met zich mee of hebben gevolgen voor het milieu die verband houden met de winning, omzetting en het gebruik ervan. In biochemische aantekeningen verwijst vrije energie vaak naar Gibbs vrije energie (AG), die een cruciale rol speelt in biochemische reacties. ΔG helpt bepalen of biochemische reacties, zoals door enzymen gekatalyseerde processen of metabolische routes, energetisch gunstig zijn (spontaan) of extra energie-input vereisen om te kunnen verlopen. Biochemische reacties waarbij energie vrijkomt (ΔG <0) kunnen cellulaire processen zoals ATP-synthese aansturen, terwijl reacties met positieve ΔG energie-input vereisen om te kunnen optreden. De eenheid van vrije energie, ΔG, wordt doorgaans uitgedrukt in joules (J) in het Internationale Systeem van Eenheden (SI). In biochemische contexten, vooral met betrekking tot enzymatische reacties en metabolische routes, worden veranderingen in vrije energie (AG) gewoonlijk gerapporteerd in kilojoules per mol (kJ/mol) om de energieverandering per mol reactanten of producten die bij de reactie betrokken zijn weer te geven. De eenheid joule vertegenwoordigt de hoeveelheid energie die wordt overgedragen of verbruikt bij het uitoefenen van een kracht van één newton over een afstand van één meter, en biedt een gestandaardiseerde maatstaf voor veranderingen in vrije energie in wetenschappelijke berekeningen en analyses.