Mô hình nhiệt động lực học là cần thiết cho việc nghiên cứu về các phản ứng hóa học. Với ba biến số ảnh hưởng chủ yếu nhất là nhiệt độ, áp suất và thành phần hóa học, chúng ta có thể dự đoán nếu phản ứng sẽ diễn ra và trạng thái cuối cùng sau khi phản ứng kết thúc. Các định luật tổng quát điều chỉnh nhiệt động lực học đã được biết đến từ lâu và lần đầu tiên được áp dụng cho hóa học xi măng vào cuối thế kỷ 19 của Le Chatelier để chứng minh rằng quá trình hydrat hóa xi măng thu được thông qua sự hòa tan của clinke ban đầu dẫn đến một pha nước luôn bão hòa đối với các phản ứng hydrat hóa từ đó dẫn đến dự kết tủa của các pha rắn. Mô hình nhiệt động học được phát triển và ứng dụng bởi các nhà địa hóa học nhằm tính toán hệ phương trình phản ứng phức tạp của hệ đa chất thường xảy ra trong tự nhiên có sử dụng vật liệu xi măng như hỗn hợp vật liệu gia cố đất, tương tác bê tông/đất, ăn mòn bê tông, thủy hóa xi măng, xử lý chất thải phóng xạ.