La physique statistique permet d'interpréter la notion d'entropie. Considérons pour cela un système isolé. Un macro-état est défini par la donnée des variables d'état P, T, V...Un micro-état est quant à lui défini par la donnée des positions et vitesses de toutes les molécules constituant le système.
En général, à un macro-état correspond un très grand nombre de micro-états.
Soit \Omega ce nombre (appelé aussi nombre de complexion). L'entropie statistique du système éventuellement hors équilibre est définie par
S=k_B\, In\, \Omega,
où k_B est la constante de BOLTZMANN égale à 1,38\, 10^{-23}J\cdot K^{-1} . Le second principe postule qu'un système isolé mis hors équilibre évolue en augmentant son entropie jusqu'à atteindre un état d'équilibre où S est maximale. Ainsi, l'état macroscopique final est celui auquel est associé le plus grand nombre \Omega de micro-états.
Pour un système isolé, on postule que rien ne différencie les micro-états et qu'ils sont équiprobables : le macro-état final est donc celui qui a la plus grande probabilité d'être réalisé.
Le second principe rend compte de l'évolution irréversible d'un système. Schématiquement, on peut dire qu'il affirme que passé à l'envers, un film montre des scènes "invraisemblables". L'interdiction de certaines évolutions par le second principe n'est pas absolue : ces évolutions sont possibles même si hautement improbables.