Unter thermischer Stabilität versteht man die Fähigkeit eines Werkstoffs, seine chemische Zusammensetzung, Mikrostruktur und funktionellen Eigenschaften über einen definierten Temperatur- und Zeitbereich hinweg beizubehalten. Sie ist kein einzelner Materialparameter, sondern ein Ergebnis des Zusammenspiels von thermodynamischen und kinetischen Faktoren wie Phasengleichgewichten, Diffusionsraten und Reaktionskinetik.

Auf mikrostruktureller Ebene umfasst thermische Stabilität die Beständigkeit gegenüber Kornwachstum, Ausscheidungsauflösung bzw. -grobausscheidung, Phasenumwandlungen sowie Poren- oder Rissbildung. Auf chemischer Ebene ist sie eng mit Oxidations-, Karburierungs- oder Degradationsbeständigkeit verknüpft. Mechanisch äußert sie sich in der Erhaltung von Festigkeit, Kriechbeständigkeit und Zähigkeit bei erhöhter Temperatur.

Thermische Stabilität wird häufig über kritische Temperaturen (z. B. Einsatztemperatur von Superlegierungen), Gewichtsverlustkurven (Thermogravimetrie), Glasübergangs- und Zersetzungstemperaturen (bei Polymeren) oder durch Langzeit-Hochtemperaturversuche (Kriech-, Relaxations- und Alterungsversuche) charakterisiert.

Der Begriff ist von der allgemeinen Hochtemperaturbeständigkeit abzugrenzen: Hochtemperaturbeständigkeit beschreibt eher die Funktionsfähigkeit unter Last bei hoher Temperatur, während thermische Stabilität primär die strukturelle und chemische Unverändertheit adressiert. In der Werkstoffentwicklung ist die Optimierung der thermischen Stabilität durch Legierungsdesign, gezielte Mikrostrukturierung (z. B. Ausscheidungshärtung, Oxidationsschutzschichten) und Prozessführung ein zentrales Ziel für Anwendungen in Turbinen, Energietechnik, Elektronik und Raumfahrt.