Las tres leyes de la termodinámica gobiernan la transferencia y el comportamiento de toda la materia y la energía en el universo como la ciencia lo entiende comúnmente. En resumen, la primera ley establece que la cantidad de energía y calor en un sistema aislado permanece constante; de un sistema no puede salir más energía de la que se le puso. Esto se relaciona con la Ley de Conservación de la Energía, que establece que la materia y la energía no se pueden crear ni destruir. La segunda ley de la termodinámica es uno de los pilares más importantes de la naturaleza, responsable de la flecha del tiempo y la irreversibilidad de la naturaleza.
No importa cuán ideal pueda parecer un sistema, no existe un sistema perfecto. Parte de la energía, ya sea eléctrica, térmica o mecánica, se perderá por fricción y se convertirá en calor residual. Esto significa que con el tiempo la energía total de un sistema se acercará gradualmente a cero a menos que se agregue energía externa. La cantidad de entropía, o desorden, en un sistema se acercará al máximo, lo que significa que no se puede realizar ningún trabajo útil en o por el sistema porque sus moléculas y partículas están demasiado desorganizadas. La segunda ley de la termodinámica sostiene que los sistemas tienden al desorden desde un estado más ordenado; un cubo de hielo en un vaso de agua se derretirá y calentará ligeramente el agua circundante, poniendo los dos sistemas en equilibrio.
La segunda ley de la termodinámica anula la primera ley; donde la primera ley sostiene que la producción de energía nunca puede exceder la entrada de energía, la segunda ley sostiene que la producción de energía nunca puede igualar la entrada de energía debido a la pérdida constante de energía y la tendencia de los sistemas a acercarse al equilibrio. Cuanta menos energía tiene un sistema, más entropía está presente porque se necesita energía para restaurar el orden y disminuir la entropía total. Cuando la energía dentro de un sistema alcanza un equilibrio, la entropía es máxima. Por ejemplo, aunque una taza de agua tibia se enfriará naturalmente, se necesita una aplicación constante de energía térmica para mantener el agua a una temperatura más cálida.
Los cosmólogos buscan en la segunda ley de la termodinámica para crear teorías sobre el destino final del universo. La teoría más común es que debido a que el universo en sí es un sistema termodinámico aislado, su entropía se acercará al máximo a medida que las estrellas se quemen y se conviertan en agujeros negros. Estos eventualmente se evaporarán después de 100 billones de años, dejando el universo como un vacío esterilizado por el resto de la eternidad, salvo fluctuaciones cuánticas.