La tendance à l'augmentation de l'entropie de l'Univers présuppose l'écoulement du temps dans une direction unique, la flèche du temps. Certains physiciens considèrent aujourd'hui que la perception du temps n'est que le résultat des processus irréversibles à l'œuvre dans l'univers.

Une transformation réversible laisse invariante l'entropie de l'Univers. En effet, si elle entraînait une augmentation de l'entropie de l'Univers, sa transformation inverse, possible par hypothèse, entraînerait une diminution de l'entropie de l'Univers (l'entropie étant une fonction d'état). Cela contredirait le second principe.

Une transformation irréversible entraîne pour la même raison l'augmentation de l'entropie de l'Univers.

Que l'entropie du système “Univers” ne puisse pas décroître ne signifie pas que l'entropie d'un système quelconque ne puisse pas diminuer. La variation de peut être négative, nulle ou positive. Le second principe énonce seulement que :

En revanche pour un système isolé, une transformation ne s'accompagne a priori d'aucune transformation du monde extérieur. Dans ce cas :

La croissance de l'entropie du système isolé (ou de l'Univers) traduit la tendance du système à évoluer vers un état d'équilibre. Si cet équilibre est atteint, l'entropie cesse de croître :

Comme la plupart des transformations naturelles sont irréversibles, l'entropie de l'Univers de Clausius ne cesse d'augmenter au cours du temps. Cet “Univers” tend irrémédiablement vers un état d'équilibre où l'énergie mécanique a fini de se dissiper et où tout se fige : l'état de “mort thermique” de l'Univers prédit par William Thomson en 1851.

Au delà des débats que cette conclusion à résonance téléologique a suscités et suscite encore aujourd'hui, il faut rester circonspect. L'Univers de Clausius et Thomson est statique et isolé, tel qu'il était conçu à leur époque. Or l'univers cosmologique réel est en expansion. Le “maximum” vers lequel tend l'entropie de l'Univers ne cesse de croître, lui aussi, et la tendance irréversible à la réalisation de l'équilibre est contrecarrée dans les sous-systèmes non isolés (apparition de la vie, processus chaotiques, etc.)

Il est plus prudent de limiter l'Univers de Clausius à un concept utile pour étudier n'importe quelle transformation à l'œuvre dans la vie quotidienne. Un système assez “grand” pour être considéré comme isolé à l'échelle de temps de la transformation considérée peut en effet être assimilé à cet univers pratique de la thermodynamique.