一滴墨水滴入水中會擴散開來，直到均勻分佈。它永遠不會自發性地重新聚集。這就是熵，它是衡量系統無序或隨機程度的指標。熱力學第二定律指出，孤立系統的總熵總是隨時間增加。能量會擴散，有序會轉變為無序，宇宙朝向平衡狀態演進。

熵是熱力學狀態函數，通常以S表示，單位為焦耳每開爾文。熵變ΔS為正值，表示無序度增加。冰融化會增加熵，因為液態水比固態冰更無序。鹽溶解會增加熵，因為鹽中的離子分佈更加分散。產生氣體分子多於消耗氣體分子的化學反應通常也會增加熵。

熵不僅關乎無序程度，它還關乎系統能量排列方式的數量。具有更多可及微觀狀態的系統具有更高的熵。玻爾茲曼方程式 S = k ln W 將熵與微觀狀態數 W 連結起來。絕對零度下的完美有序晶體只有一個微觀狀態，因此其熵為零。這就是熱力學第三定律。

熵決定了自發變化的方向。如果吉布斯自由能的變化量ΔG = ΔH - TΔS為負值，則反應是自發性的。焓變是正值，但如果熵增加夠大，反應仍然可以自發進行。熵是某些吸熱反應發生的原因。