Tiga hukum termodinamika mengatur transfer dan perilaku semua materi dan energi di alam semesta seperti yang dipahami secara umum oleh sains. Ringkasnya, hukum pertama menyatakan bahwa jumlah energi dan panas dalam sistem terisolasi tetap konstan; tidak ada lebih banyak energi yang dapat datang dari suatu sistem daripada yang dimasukkan ke dalamnya. Hal ini terkait dengan Hukum Kekekalan Energi yang menyatakan bahwa materi dan energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Hukum kedua termodinamika adalah salah satu dasar yang paling penting dari alam, bertanggung jawab untuk panah waktu dan ireversibilitas alam.
Tidak peduli seberapa ideal suatu sistem, tidak ada sistem yang sempurna. Sebagian energi, baik listrik, termal atau mekanik, akan hilang karena gesekan dan diubah menjadi panas terbuang. Ini berarti bahwa dari waktu ke waktu energi total suatu sistem secara bertahap akan mendekati nol kecuali jika energi luar ditambahkan. Jumlah entropi, atau ketidakteraturan, dalam suatu sistem akan mendekati maksimum, artinya tidak ada kerja berguna yang dapat dilakukan di dalam atau oleh sistem karena molekul dan partikelnya terlalu tidak teratur. Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa sistem cenderung menuju ketidakteraturan dari keadaan yang lebih teratur; es batu dalam segelas air akan melelehkan dan menghangatkan air di sekitarnya sedikit, menempatkan kedua sistem dalam keseimbangan.
Hukum kedua termodinamika mengesampingkan hukum pertama; di mana hukum pertama menyatakan bahwa keluaran energi tidak pernah dapat melebihi masukan energi, hukum kedua menyatakan bahwa keluaran energi tidak pernah dapat menyamai masukan energi karena kehilangan energi yang konstan dan kecenderungan sistem untuk mendekati keseimbangan. Semakin sedikit energi yang dimiliki suatu sistem, semakin banyak entropi yang ada karena dibutuhkan energi untuk memulihkan keteraturan dan menurunkan entropi total. Ketika energi dalam suatu sistem mencapai keseimbangan, entropi berada pada maksimum. Misalnya, meskipun secangkir air hangat akan mendingin secara alami, dibutuhkan aplikasi energi panas yang konstan untuk menjaga air pada suhu yang lebih hangat.
Ahli kosmologi melihat ke hukum kedua termodinamika untuk menciptakan teori tentang nasib akhir alam semesta. Teori yang paling umum adalah karena alam semesta itu sendiri adalah sistem termodinamika yang terisolasi, entropi-nya akan mendekati maksimum saat bintang-bintang terbakar dan menjadi lubang hitam. Ini pada akhirnya akan menguap setelah 100 triliun tahun, meninggalkan alam semesta sebagai kekosongan yang disterilkan selama sisa kekekalan, kecuali fluktuasi kuantum.