Isotermi (från de grekiska orden iso - "lika" och term - "värme") är ett tillstånd av konstant temperatur hos ett ämne.
En isoterm process är en process som sker vid en konstant temperatur. Till exempel innebär isotermisk expansion eller kompression av en gas att gasens tryck ändras men temperaturen förblir densamma. I en isoterm process sker värmeöverföringen på ett sådant sätt att den kompenserar för de termiska effekterna av själva processen och håller en konstant temperatur.
Isotermiska processer används i stor utsträckning inom fysik och kemi för att studera ämnens beteende vid konstant temperatur. Till exempel visar adsorptionsisotermer hur mycket gas eller ånga som kan adsorberas på ytan av ett fast ämne vid olika tryck men samma temperatur.
Sålunda betyder isotermi att upprätthålla en konstant temperatur på ett ämne under processen för fysiska eller kemiska omvandlingar. Detta är en viktig förutsättning för många experiment och processer.