反応の進む方向は反応および環境条件の熱力学的性質により決まる。熱を Q と表記し、系外から系内へ熱が移動する場合を正とすれば、発熱反応はQ < 0と表される（反応熱は -Q である）。定圧過程であれば熱はエンタルピーHの変化と等しいので、∆H < 0となる。熱が移動しない（断熱過程）ようにすると、発熱反応により系の温度は上昇する。
定圧過程ではギブズエネルギーG（定積過程ではヘルムホルツエネルギーF）が減少する過程（これを発エルゴン反応という）は単独で自発的に進む。定温過程では∆G = ∆H - T∆Sなので、発熱反応は普通、発エルゴン反応でもある。発熱化学反応は比較的低温で進行するものが多い（特に触媒がある場合）。燃焼反応のように活性化エネルギーとして加熱を要するものもあるが、一旦反応が開始すれば発熱するため自発的に進行する。