由热力学的定义，当吉布士自由能(Gibbs free energy)的二阶偏导数出现不连续值时，称为二级转移。例如吉布士自由能(F)为温度(T)及压力(P)的函数，其对T或P的二阶偏导数分别为： 其中，CP为热含量；V为体积；β为压缩度(compressibility)；α为热膨胀系数。在二级转移温度时，CP、β及α会出现不连续值。对高分子物质而言，常见的二级转移温度称为玻璃转移温度（参见glass transition temperature）。
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