Die drei Gesetze der Thermodynamik regeln die Übertragung und das Verhalten aller Materie und Energie im Universum, wie es die Wissenschaft allgemein versteht. Zusammengefasst besagt der erste Hauptsatz, dass die Energie- und Wärmemenge in einem isolierten System konstant bleibt; Aus einem System kann nicht mehr Energie kommen, als hineingesteckt wurde. Dies hängt mit dem Energieerhaltungsgesetz zusammen, das besagt, dass Materie und Energie nicht erzeugt oder zerstört werden können. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik ist eine der wichtigsten Grundlagen der Natur, verantwortlich für den Zeitpfeil und die Irreversibilität der Natur.
So ideal ein System auch erscheinen mag, es gibt kein perfektes System. Ein Teil der elektrischen, thermischen oder mechanischen Energie geht durch Reibung verloren und wird in Abwärme umgewandelt. Dies bedeutet, dass die Gesamtenergie eines Systems im Laufe der Zeit allmählich gegen Null geht, wenn keine Fremdenergie hinzugefügt wird. Die Entropie oder Unordnung in einem System wird sich dem Maximum nähern, was bedeutet, dass keine nützliche Arbeit im oder durch das System verrichtet werden kann, weil seine Moleküle und Partikel zu desorganisiert sind. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass Systeme aus einem geordneteren Zustand zur Unordnung neigen; Ein Eiswürfel in einem Glas Wasser schmilzt und erwärmt das umgebende Wasser leicht, wodurch die beiden Systeme ins Gleichgewicht gebracht werden.
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik überschreibt den ersten Hauptsatz; wobei der erste Hauptsatz besagt, dass die Energieabgabe niemals die Energiezufuhr übersteigen kann, der zweite Hauptsatz besagt, dass die Energieabgabe aufgrund des ständigen Energieverlusts und der Tendenz der Systeme, sich dem Gleichgewicht zu nähern, niemals der Energiezufuhr entsprechen kann. Je weniger Energie ein System hat, desto mehr Entropie ist vorhanden, da Energie benötigt wird, um die Ordnung wiederherzustellen und die Gesamtentropie zu verringern. Wenn die Energie in einem System ein Gleichgewicht erreicht, ist die Entropie maximal. Obwohl beispielsweise eine Tasse warmes Wasser auf natürliche Weise abkühlt, ist eine ständige Anwendung von Wärmeenergie erforderlich, um das Wasser auf einer wärmeren Temperatur zu halten.
Kosmologen verwenden den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, um Theorien über das letztendliche Schicksal des Universums zu erstellen. Die gängigste Theorie ist, dass, da das Universum selbst ein isoliertes thermodynamisches System ist, sich seine Entropie dem Maximum nähert, wenn die Sterne ausbrennen und zu Schwarzen Löchern werden. Diese werden schließlich nach 100 Billionen Jahren verdampfen und das Universum für den Rest der Ewigkeit als sterilisierte Leere hinterlassen, abgesehen von Quantenfluktuationen.