Tri zakona termodinamike upravljaju prijenosom i ponašanjem sve materije i energije u svemiru kako to znanost obično shvaća. Ukratko, prvi zakon kaže da količina energije i topline u izoliranom sustavu ostaje konstantna; iz sustava ne može doći više energije nego što je u njega uloženo. To je povezano sa Zakonom održanja energije koji kaže da se materija i energija ne mogu stvoriti ili uništiti. Drugi zakon termodinamike jedan je od najvažnijih temelja prirode, odgovoran za strelicu vremena i nepovratnost prirode.
Koliko god se sustav činio idealnim, savršen sustav ne postoji. Dio energije, bilo električne, toplinske ili mehaničke, izgubit će se zbog trenja i pretvoriti u otpadnu toplinu. To znači da će se tijekom vremena ukupna energija sustava postupno približavati nuli osim ako se ne doda vanjska energija. Količina entropije, odnosno nereda, u sustavu će se približiti maksimumu, što znači da se u sustavu ili od njega ne može obaviti nikakav koristan rad jer su njegove molekule i čestice previše neorganizirane. Drugi zakon termodinamike drži da sustavi teže neredu iz uređenijeg stanja; kocka leda u čaši vode će se otopiti i lagano zagrijati okolnu vodu, dovodeći dva sustava u ravnotežu.
Drugi zakon termodinamike nadjačava prvi zakon; gdje prvi zakon tvrdi da izlazna energija nikada ne može biti veća od uložene energije, drugi zakon tvrdi da izlaz energije nikada ne može biti jednak uloženoj energiji zbog stalnog gubitka energije i tendencije da se sustavi približavaju ravnoteži. Što manje energije ima sustav, to je prisutno više entropije jer je potrebna energija za uspostavljanje reda i smanjenje ukupne entropije. Kada energija unutar sustava dosegne ravnotežu, entropija je na maksimumu. Na primjer, iako će se šalica tople vode prirodno ohladiti, potrebna je stalna primjena toplinske energije kako bi voda bila toplija.
Kozmolozi gledaju na drugi zakon termodinamike kako bi stvorili teorije o konačnoj sudbini svemira. Najčešća teorija je da, budući da je sam svemir izoliran termodinamički sustav, njegova će se entropija približiti maksimumu kako zvijezde izgaraju i postaju crne rupe. Oni će na kraju ispariti nakon 100 trilijuna godina, ostavljajući svemir kao steriliziranu prazninu do kraja vječnosti, izuzimajući kvantne fluktuacije.