一滴墨水滴入水中会扩散开来，直至均匀分布。它永远不会自发地重新聚集。这就是熵，它是衡量系统无序或随机程度的指标。热力学第二定律指出，孤立系统的总熵总是随时间增加。能量会扩散，有序会转变为无序，宇宙朝着平衡状态演进。

熵是热力学状态函数，通常用S表示，单位为焦耳每开尔文。熵变ΔS为正值，表示无序度增加。冰融化会增加熵，因为液态水比固态冰更无序。盐溶解会增加熵，因为盐中的离子分布更加分散。产生气体分子多于消耗气体分子的化学反应通常也会增加熵。

熵不仅仅关乎无序程度，它还关乎系统能量排列方式的数量。具有更多可及微观状态的系统具有更高的熵。玻尔兹曼方程 S = k ln W 将熵与微观状态数 W 联系起来。绝对零度下的完美有序晶体只有一个微观状态，因此其熵为零。这就是热力学第三定律。

熵决定了自发变化的方向。如果吉布斯自由能的变化量ΔG = ΔH - TΔS为负值，则反应是自发的。焓变是正值，但如果熵增足够大，反应仍然可以自发进行。熵是某些吸热反应发生的原因。