热力学第二定律表明，宇宙的总熵永远不会下降。和其他热力学定律一样，第二定律也建立在大量的数据基础上，并且通过假想房间中的氧气分子，这一定律可以很直接地被证实。
熔冰——增熵的经典例子，1862年被鲁道夫·克劳修斯描写为冰块中分子分散性的増加。
假设最开始的时候，所有的氧分子都以一个完美且规则的排列方式聚集在房间的一个角落里。随着时间的推移，我们发现氧分子将开始扩散。一个房间一样大的空间里，氧分子有无数种排列组合的方式，但是其中只有非常少量的一部分与其初始状态一样有序。同样地，我们可以理解为什么粒子在空间中随机分布的状态是最有可能的。通过这两个简单的例子，我们可以推断出这样的结论：随着时间的推移，房间中的空气分子将不断扩散直至他们都变成随机分布的状态。理论上来讲，通过计算所有可能存在的状态数可以确定熵的数值。
这个思维模式使得物理学家开始质疑时间的流向。在我们假设的房间里，短时间内氧气分子的确有可能变得更为有序，但是总体上看他们必然趋向于无序状态。所有可以验证氧气分子运动规律的物理学定律（牛顿力学定律和经典电磁学）都是可逆的，所以对于一系列随机分布的粒子，其如前所述的运动模式应当同样可逆。但是事实恰恰相反，这是因为无论我们以何种方式取时间节点，粒子都将以该节点为时间起点开始扩散。
热力学第二定律说，涉及热能转移或转换的过程是不可逆转的。 图片来源：Hayati Kayhan
在宇宙中我们观察到了时间明确的方向。虽然没有人知道为什么时间的流向是这样子的，但是如果时间逆向，那么根据第二定律，所有我们已知的高级生命都将不复存在。
一个公认的观点是，宇宙最初的状态必然是比现在更加紧凑有序的。如果大爆炸的假设成立，那么宇宙的初始熵为零。即使是现在，我们都可以观察到宇宙中物质不断扩张和冷却的过程（即宇宙微波背景）。如果我们应用热力学第二定律来解释此过程，那么宇宙必然会继续扩张，也会变得更为无序，并且当宇宙生存时间足够长，其中的物质将会均匀分布、熵值最高，最终导致“热死亡”。在上述过程中，可能存在一些几乎可视作无限小的波动，但是除了那些波动，宇宙终将走向灭亡。
