Une goutte d'encre dans l'eau se disperse jusqu'à être uniformément répartie. Elle ne se reconcentre jamais spontanément. C'est l'entropie, une mesure du désordre ou du caractère aléatoire d'un système. Le second principe de la thermodynamique stipule que l'entropie totale d'un système isolé augmente toujours avec le temps. L'énergie se disperse. L'ordre cède la place au désordre. L'univers tend vers l'équilibre.

L'entropie est une fonction d'état thermodynamique, généralement notée S. Elle se mesure en joules par kelvin. La variation d'entropie, ΔS, est positive lorsque le désordre augmente. La fusion de la glace augmente l'entropie car l'eau liquide est plus désordonnée que la glace solide. La dissolution d'un sel augmente l'entropie car les ions sont plus dispersés. Une réaction chimique qui produit plus de molécules de gaz qu'elle n'en consomme augmente généralement l'entropie.

L'entropie ne se résume pas au désordre. Elle concerne le nombre de façons dont un système peut organiser son énergie. Un système possédant davantage de micro-états accessibles a une entropie plus élevée. L'équation de Boltzmann, S = k ln W, relie l'entropie au nombre de micro-états, W. Un cristal parfaitement ordonné au zéro absolu ne possède qu'un seul micro-état ; son entropie est donc nulle. C'est le troisième principe de la thermodynamique.

L'entropie détermine le sens d'une transformation spontanée. Une réaction est spontanée si la variation d'enthalpie libre de Gibbs, ΔG = ΔH - TΔS, est négative. Une réaction à enthalpie positive peut être spontanée si l'augmentation d'entropie est suffisamment importante. L'entropie explique le caractère endothermique de certaines réactions.