Ein Tropfen Tinte in Wasser breitet sich aus, bis er gleichmäßig verteilt ist. Er konzentriert sich nicht von selbst wieder. Das ist Entropie, ein Maß für die Unordnung oder Zufälligkeit eines Systems. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Gesamtentropie eines abgeschlossenen Systems mit der Zeit stets zunimmt. Energie verteilt sich. Ordnung weicht der Unordnung. Das Universum strebt einem Gleichgewicht zu.

Die Entropie ist eine thermodynamische Zustandsfunktion, üblicherweise mit S bezeichnet. Sie wird in Joule pro Kelvin gemessen. Die Entropieänderung ΔS ist positiv, wenn die Unordnung zunimmt. Schmelzendes Eis erhöht die Entropie, da flüssiges Wasser ungeordneter ist als festes Eis. Das Auflösen eines Salzes erhöht die Entropie, da die Ionen stärker dispergiert sind. Eine chemische Reaktion, die mehr Gasteilchen erzeugt als verbraucht, erhöht üblicherweise die Entropie.

Entropie beschreibt nicht nur Unordnung, sondern die Anzahl der Möglichkeiten, wie ein System seine Energie anordnen kann. Ein System mit mehr zugänglichen Mikrozuständen besitzt eine höhere Entropie. Die Boltzmann-Gleichung, S = k ln W, stellt den Zusammenhang zwischen Entropie und der Anzahl der Mikrozustände, W, her. Ein perfekt geordneter Kristall bei absolutem Nullpunkt besitzt nur einen Mikrozustand, seine Entropie ist also null. Dies ist der dritte Hauptsatz der Thermodynamik.

Die Entropie bestimmt die Richtung spontaner Reaktionen. Eine Reaktion verläuft spontan, wenn die Änderung der freien Gibbs-Energie, ΔG = ΔH - TΔS, negativ ist. Auch eine Reaktion mit positiver Enthalpie kann spontan ablaufen, wenn die Entropiezunahme groß genug ist. Die Entropie ist die Ursache für das Auftreten einiger endothermer Reaktionen.