In der Chemie und insbesondere Organik sowie den hiermit verbundenen Biowissenschaften bezeichnet man eine Verbindung als thermostabil, wenn sie auch bei relativ hohen Temperaturen hitzeresistent ist. Diese Resistenz bezieht sich dabei vor allem auf die Struktur des Moleküls, wird jedoch auch anwendungsspezifisch über die Fähigkeit zur Ausübung einer bestimmten Funktion definiert. Der Begriff wird vor allem auf Biomoleküle und besonders Proteine angewandt, da diese ihre Funktionsfähigkeit aufgrund der Denaturierung oft schon bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen verlieren. Da in der Verfahrenstechnik jedoch höhere Temperaturen einen höheren Stoffumsatz ermöglichen (RGT-Regel) bzw. diese aus anderweitigen Gründen notwendig sind, um ein gewünschtes Reaktionsprodukt zu erhalten, kommt den thermostabilen Biomolekülen hier eine hohe Bedeutung zu. Ein Beispiel hierfür ist die Polymerase-Kettenreaktion, in der thermostabile DNA-Polymerasen von Organismen wie Thermus aquaticus genutzt werden. Organismen, die aufgrund ihrer thermostabilen Strukturen ein hohes Temperaturoptimum besitzen, werden als thermophil bezeichnet.
