A segunda lei da termodinâmica afirma que: "A quantidade de entropia no universo tende a aumentar com o tempo."
Decorre do segundo princípio que, embora todo trabalho possa ser convertido em calor, nem todo calor pode ser convertido em trabalho. A eficiência máxima que pode ser alcançada é a eficiência de Carnot.
De acordo com a primeira lei da termodinâmica, todo processo que ocorre em um determinado sistema deve satisfazer o princípio de conservação de energia, incluindo o fluxo de calor.
A equação: 
em outras palavras, estabelece que qualquer processo cujo único propósito seja criar ou destruir energia é impossível, ou seja, nega a existência de uma máquina de movimento perpétuo de primeira classe.
O primeiro princípio da termodinâmica nada nos diz sobre a direção na qual um processo pode ocorrer em um sistema.
Entropia e o segundo princípio da termodinâmica
Na segunda lei da termodinâmica, o conceito de entropia é muito importante.
A segunda lei exige que, em geral, a entropia total de qualquer sistema não pode diminuir mais do que aumentando a entropia de algum outro sistema.
Portanto, em um sistema isolado de seu ambiente, a entropia desse sistema tende a não diminuir. Por esta razão, o calor não pode fluir de um corpo mais frio para um corpo mais quente sem a aplicação de trabalho (a imposição de ordem) ao corpo mais frio.
Conclui-se que uma redução no aumento da entropia em um processo específico, como uma reação química, significa que ele é mais eficiente em termos de energia.
A aplicabilidade de uma segunda lei da termodinâmica é limitada a sistemas que estão próximos ou em estado de equilíbrio.
Exemplos da segunda lei da termodinâmica
Essa restrição na direção em que um processo pode ou não ocorrer na natureza se manifesta em todos os processos espontâneos ou naturais. Na verdade, sempre observamos que:
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Um gás comprimido tende a se expandir
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A transferência de calor sempre acontece de corpos quentes para frios.
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A operação de um ar condicionado
Nunca observamos que esses processos ocorrem espontaneamente na direção oposta. Em nenhum caso o calor flui de um corpo frio para um quente sem a contribuição de um trabalho externo.
Como funciona um ar condicionado?
Um aparelho de ar condicionado pode resfriar o ar de uma sala. Resfriar o ar reduz a entropia do ar nesse sistema.
O calor expelido da sala (o sistema) sempre contribui mais para a entropia do ambiente do que a diminuição da entropia do ar naquele sistema. Portanto, a entropia total da sala mais a entropia do ambiente aumenta.
Máquinas térmicas
Em teoria, uma máquina de calor perfeitamente eficiente deveria converter toda a energia térmica absorvida em trabalho mecânico. A segunda lei da termodinâmica afirma que isso é impossível.
Definição de máquinas térmicas
Uma máquina térmica visa fornecer continuamente trabalho para o exterior a partir do calor absorvido.
Se imaginarmos um ciclo realizado no sentido oposto ao de um motor, o resultado final será:
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Absorção de calor em baixa temperatura.
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Ejeção de uma quantidade maior em temperatura mais alta
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E, finalmente, a realização de uma quantidade líquida de trabalho no sistema.
Teorema de Carnot
O teorema de Carnot afirma que "Nenhum motor térmico operando em ciclos entre duas embarcações térmicas dadas tem maior eficiência do que um motor reversível (Carnot) operando entre as mesmas embarcações"
A prova é devida a W. Thomson, (Lord Kelvin). Além disso, existe o Teorema de Kelvin Planck: "Qualquer transformação cíclica, cujo único resultado final seja absorver calor de um corpo ou fonte de calor a uma dada temperatura e convertê-lo inteiramente em trabalho, é impossível."