Μια σταγόνα μελανιού στο νερό απλώνεται μέχρι να κατανεμηθεί ομοιόμορφα. Δεν επανασυγκεντρώνεται ποτέ αυθόρμητα. Αυτή είναι η εντροπία, ένα μέτρο της αταξίας ή της τυχαιότητας ενός συστήματος. Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής ορίζει ότι η συνολική εντροπία ενός απομονωμένου συστήματος αυξάνεται πάντα με την πάροδο του χρόνου. Η ενέργεια διασκορπίζεται. Η τάξη δίνει τη θέση της στην αταξία. Το σύμπαν κινείται προς την ισορροπία.

Η εντροπία είναι μια θερμοδυναμική συνάρτηση κατάστασης, που συνήθως συμβολίζεται με S. Μετράται σε joules ανά kelvin. Η μεταβολή της εντροπίας, δέλτα S, είναι θετική όταν αυξάνεται η αταξία. Το λιώσιμο των πάγων αυξάνει την εντροπία επειδή το υγρό νερό είναι πιο αταξία από τον στερεό πάγο. Η διάλυση ενός άλατος αυξάνει την εντροπία επειδή τα ιόντα είναι πιο διασκορπισμένα. Μια χημική αντίδραση που παράγει περισσότερα μόρια αερίου από όσα καταναλώνει συνήθως αυξάνει την εντροπία.

Η εντροπία δεν αφορά μόνο την αταξία. Αφορά τον αριθμό των τρόπων με τους οποίους ένα σύστημα μπορεί να οργανώσει την ενέργειά του. Ένα σύστημα με πιο προσβάσιμες μικροκαταστάσεις έχει υψηλότερη εντροπία. Η εξίσωση Boltzmann, S = k ln W, συσχετίζει την εντροπία με τον αριθμό των μικροκαταστάσεων, W. Ένας τέλεια διατεταγμένος κρύσταλλος στο απόλυτο μηδέν έχει μόνο μία μικροκατάσταση, επομένως η εντροπία του είναι μηδέν. Αυτός είναι ο τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής.

Η εντροπία καθορίζει την κατεύθυνση της αυθόρμητης αλλαγής. Μια αντίδραση είναι αυθόρμητη εάν η αλλαγή στην ελεύθερη ενέργεια Gibbs, δέλτα G = δέλτα H - T δέλτα S, είναι αρνητική. Μια αντίδραση με θετική ενθαλπία μπορεί να είναι αυθόρμητη εάν η αύξηση της εντροπίας είναι αρκετά μεγάλη. Η εντροπία είναι ο λόγος που συμβαίνουν ορισμένες ενδόθερμες αντιδράσεις.