في الديناميكا الحرارية، تعبر علاقات أونساغر التبادلية عن مساواة نسب معينة بين التدفقات والقوى في الأنظمة الترموديناميكية خارج حالة التوازن، ولكن عند وجود مؤشرات على توازن موضعي.
تحدث «العلاقات التبادلية» بين أزواج مختلفة من القوى والتدفقات في عدة أنظمة فيزيائية. مثلًا: لنأخذ أنظمة موائع موصوفة من حيث درجة الحرارة، وكثافة المادة، والضغط. في هذا النوع من الأنظمة من المعروف أن فروق درجة الحرارة تؤدي إلى تدفقات حرارية من الأجزاء الأدفأ إلى الأبرد من النظام، وبشكل مشابه: تؤدي فروق الضغط إلى تدفق المادة من مناطق الضغط المرتفع إلى مناطق الضغط المنخفض. المميز هو ملاحظة أنه عندما يختلف كل من الضغط ودرجة الحرارة، فإن فروق درجة الحرارة عند ضغط ثابت يمكنها أن تسبب تدفق المادة (كما في الحمل الحراري) وفروق الضغط عند درجة حرارة ثابتة يمكنها أن تسبب تدفق الحرارة. قد يكون من المفاجئ أن تدفق الحرارة لوحدة فرق الضغط وتدفق الكثافة (المادة) لوحدة فرق درجات الحرارة متساويان. بيّن لارس أونساغر أن هذا التساوي ضروري باستخدام الميكانيكا الإحصائية كنتيجة لعكوسية الزمن للديناميكا المجهرية (العكوسية المجهرية). النظرية التي طورها أونساغر أعم بكثير من هذا المثال وهي قادرة على التعامل مع أكثر من قوتين ترموديناميكيتين معًا، بشرط أن «مبدأ العكوسية الديناميكية لا ينطبق عند وجود حقول مغناطيسية أو قوى كوريوليس (خارجية)»، إذ «تنهار العلاقات التبادلية» في تلك الحالة.
مع أن نظام الموائع قد يكون موصوفًا بشكل أكثر حدسيةً، إلا أن ارتفاع دقة القياسات الإلكترونية يجعل الإجراءات التجريبية لتبادلية أونساغر أسهل في الأنظمة التي تتضمن ظواهر كهربائية. في الحقيقة، تشير ورقة أونساغر البحثية عام 1931 إلى ظواهر الكهروحرارية والنقل في المحاليل الكهربائية كما كانت تعرف في القرن التاسع عشر، وتشمل النظريات «شبه الترموديناميكية» التي وضعها كل من ثومسون وهيلمهولتز على حدة. تظهر تبادلية أونساغر في الأثر الكهروحراري نفسها في مساواة معاملَي بيلتيير (تدفق الحرارة الناتج عن فرق الجهد) وسيبيك (التيار الكهربائي الناتج عن فرق درجة الحرارة) للمادة الكهروحرارية. كذلك، فإن معاملات ما يسمى «الكهرباء الانضغاطية المباشرة» (التيار الكهربائي الناتج عن الإجهاد الميكانيكي) و«الكهرباء الانضغاطية العكسية» (التشوه الناتج عن فرق الجهد) متساوية. للعديد من الأنظمة الحركية -كمعادلة بولتزمان أو الكيمياء الحركية- ترتبط علاقات أونساغر ارتباطًا وثيقًا بمبدأ التوازن المفصل وتتبعها في التقريب الخطي قرب حالة التوازن.
جمع د. ج. ميلر التأكيدات التجريبية على علاقات أونساغر التبادلية وحللها لعدة أصناف من العمليات غير العكوسة، تحديدًا العمليات الكهروحرارية، والكهروحركية، والانتقال في المحاليل الكهرليتية، والانتشار، وتوصيل الحرارة والكهرباء في المواد الصلبة غير المتناظرة (الأنيزونتروبية)، والحرارية المغناطيسية والغلفانومغناطيسية. في هذه المراجعة التقليدية، تعتبر التفاعلات الكيميائية «حالات هزيلة» وأدلة غير حاسمة. هناك من التحليل النظري والتجارب ما يدعم العلاقات التبادلية للحركة الكيميائية مع النقل.
مُنح لارس أونساغر لاكتشافه هذه العلاقات التبادلية جائزة نوبل في الكيمياء عام 1968. أشار الخطاب التقديمي إلى القوانين الثلاثة للديناميكا الحرارية ثم أضاف: «يمكن القول إن علاقات أونساغر التبادلية تمثل قانونًا إضافيًّا يجعل الدراسة الترموديناميكية للعمليات غير العكوسة أمرًا ممكنًا». حتى أن بعض المؤلفين وصفوا علاقات أونساغر بأنها «القانون الرابع للديناميكا الحرارية».