Η ισοθερμία (από τις ελληνικές λέξεις iso - "ίσο" και therme - "θερμότητα") είναι μια κατάσταση σταθερής θερμοκρασίας μιας ουσίας.
Μια ισοθερμική διαδικασία είναι μια διαδικασία που συμβαίνει σε σταθερή θερμοκρασία. Για παράδειγμα, ισοθερμική διαστολή ή συμπίεση ενός αερίου σημαίνει ότι η πίεση του αερίου αλλάζει αλλά η θερμοκρασία παραμένει η ίδια. Σε μια ισοθερμική διαδικασία, η μεταφορά θερμότητας γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να αντισταθμίζει τις θερμικές επιδράσεις της ίδιας της διαδικασίας, διατηρώντας μια σταθερή θερμοκρασία.
Οι ισοθερμικές διεργασίες χρησιμοποιούνται ευρέως στη φυσική και τη χημεία για τη μελέτη της συμπεριφοράς ουσιών σε σταθερή θερμοκρασία. Για παράδειγμα, οι ισόθερμες προσρόφησης δείχνουν πόσο αέριο ή ατμός μπορεί να προσροφηθεί στην επιφάνεια ενός στερεού σε διαφορετικές πιέσεις αλλά στην ίδια θερμοκρασία.
Έτσι, ισοθερμία σημαίνει διατήρηση σταθερής θερμοκρασίας μιας ουσίας κατά τη διαδικασία φυσικών ή χημικών μετασχηματισμών. Αυτή είναι μια σημαντική προϋπόθεση για πολλά πειράματα και διαδικασίες.