Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik befasst sich mit den Gleichgewichtszuständen von Systemen und mit den Prozessen, die aus Zustandsänderungen zwischen Systemen resultieren. Der 2. Hauptsatz kann man als Erweiterung des 1. Hauptsatzes verstehen, so drückt der er die Energieerhaltung im einem abgeschlossenen System aus (es kann keine Energie aus dem Nichts erzeugt werden, der max. Wirkungsgrad einer Wärme-Kraft-Maschine kann max. 100% betragen). Der 1. Hauptsatz beschreibt aber kein Verhalten von thermodynamischen Systemen, er erklärt nicht, warum Prozesse in der Richtung ablaufen, wie sie ablaufen. So könnte man sich fragen: Warum fließt Wärme nicht vom kalten zum warmen System (dies würde dem 0. und 1. Hauptsatz nicht widersprechen).
Aus dem nullten Hauptsatz weiß man, dass sich die Temperatur zweier Körper im Gleichgewicht angleichen, aber nicht warum. Dabei fließt eine bestimmte Wärmemenge von einem zum andern Körper, das Gesamtsystem (beide Körper zusammen) verliert aber keine Energie (erster Hauptsatz). Dies führte zum zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, die Antwort auf die Frage, was die treibende Kraft für den Wärmeaustausch ist.
Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik findet breite Anwendungen, insbesondere auf die Umwandlung thermischer Energie in andere Energieformen (Wirkungsgrade von Dampfmaschinen, Verbrennungsmotoren, thermischen Kraftwerken), der 2. Hauptsatz besagt nichts anderes, als das es kein Perpetuum mobile zweiter Art gibt oder eine vollständige Umwandlung von Wärme in Arbeit nicht möglich ist.
Die bisherigen Zustandsgrößen, die Enthalpie H und die innere Energie U (die aus dem 1. Hauptsatz abgeleitet werden), sind nicht in der Lage, die Richtung einer Systemänderung vollständig zu beschreiben. Aus diesem Grund definiert de 2. Hauptsatz der Thermodynamik eine weitere Zustandsgröße, die sogenannte Entropie S. Erst mit Hilfe der Enthalpie H und der Entropie S können System und Systemänderungen vollständig beschrieben werden.