熱力學(xué)第二定律（英語：second law of thermodynamics）是熱力學(xué)的四條基本定律之一，表述熱力學(xué)過程的不可逆性——孤立系統(tǒng)自發(fā)地朝著熱力學(xué)平衡方向──最大熵狀態(tài)──演化，同樣地，第二類永動機(jī)永不可能實現(xiàn)。
這一定律的歷史可追溯至尼古拉·卡諾對于熱機(jī)效率的研究，及其于1824年提出的卡諾定理。定律有許多種表述，其中最具代表性的是克勞修斯表述（1850年）和開爾文表述（1851年），這些表述都可被證明是等價的。定律的數(shù)學(xué)表述主要借助魯?shù)婪颉た藙谛匏顾氲撵氐母拍睿唧w表述為克勞修斯定理。
雖然這一定律在熱力學(xué)范疇內(nèi)是一條經(jīng)驗定律，無法得到解釋，但隨著統(tǒng)計力學(xué)的發(fā)展，這一定律得到解釋。
這一定律本身及所引入的熵的概念對于物理學(xué)及其他科學(xué)領(lǐng)域有深遠(yuǎn)意義。定律本身可作為過程不可逆性及時間流向的判據(jù)。而路德維希·玻爾茲曼對于熵的微觀解釋——系統(tǒng)微觀粒子無序程度的量度，更使這概念被引用到物理學(xué)之外諸多領(lǐng)域，如信息論及生態(tài)學(xué)等。
熱力學(xué)第二定律的自然語言表述
克勞修斯表述
克勞修斯表述是以熱量傳遞的不可逆性（即熱量總是自發(fā)地從高溫?zé)嵩戳飨虻蜏責(zé)嵩矗┳鳛槌霭l(fā)點，雖然可以借助制冷機(jī)使熱量從低溫?zé)嵩戳飨蚋邷責(zé)嵩矗@過程是借助外界對制冷機(jī)做功實現(xiàn)的，即這過程除了有熱量的傳遞，還有功轉(zhuǎn)化為熱的其他影響。
1850年克勞修斯將這一規(guī)律總結(jié)為：
不可能把熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響。
開爾文表述
開爾文表述是以第二類永動機(jī)不可能實現(xiàn)這一規(guī)律作為出發(fā)點。第二類永動機(jī)是指可以將從單一熱源吸熱全部轉(zhuǎn)化為功，但大量事實證明這個過程是不可能實現(xiàn)的。功能夠自發(fā)地、無條件地全部轉(zhuǎn)化為熱；但熱轉(zhuǎn)化為功是有條件的，而且轉(zhuǎn)化效率有所限制。也就是說功自發(fā)轉(zhuǎn)化為熱這一過程只能單向進(jìn)行而不可逆。
1851年開爾文勛爵把這一普遍規(guī)律總結(jié)為：
不可能從單一熱源吸收能量，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響。?
兩種表述的等價性
上述兩種表述可以論證是等價的：
1、如果開爾文表述不真，那么克勞修斯表述不真：假設(shè)存在違反開爾文表述的熱機(jī)A，可以從低溫?zé)嵩碩2吸收熱量Q并將其全部轉(zhuǎn)化為有用功 W。假設(shè)存在熱機(jī)B，可以把功 W完全轉(zhuǎn)化為熱量Q并傳遞給高溫?zé)嵩碩1（這在現(xiàn)實中可實現(xiàn)）。此時若讓A、B聯(lián)合工作，則可以看到Q從低溫?zé)嵩?T2流向高溫?zé)嵩?T1，而并未產(chǎn)生任何其他影響，即克勞修斯表述不真。
2、如果克勞修斯表述不真，那么開爾文表述不真：假設(shè)存在違反克勞修斯表述的制冷機(jī)A，可以在不利用外界對其做的功的情況下，使熱量Q1由低溫?zé)嵩? T2流向高溫?zé)嵩?T1。假設(shè)存在熱機(jī)B，可以從高溫?zé)嵩碩1吸收熱量Q2并將其中 Q2—Q1的熱量轉(zhuǎn)化為有用功W，同時將熱量 Q1傳遞給低溫?zé)嵩? T2（這在現(xiàn)實中可實現(xiàn)）。此時若讓A、B聯(lián)合工作，則可以看到A與B聯(lián)合組成的熱機(jī)從高溫?zé)嵩? T1吸收熱量? Q2—Q1并將其完全轉(zhuǎn)化為有用功? W，而并未產(chǎn)生任何其他影響，即開爾文表述不真。
從上述二點，可以看出上述兩種表述是等價的。
卡拉西奧多里原理
卡拉西奧多里原理是康斯坦丁·卡拉西奧多里在1909年給出的公理性表述：
“ 在一個系統(tǒng)的任意給定平衡態(tài)附近，總有這樣的態(tài)存在：從給定的態(tài)出發(fā)，不可能經(jīng)過絕熱過程得到。 ”
值得注意的是，卡拉西奧多里原理如果要和開爾文表述及克勞修斯表述等價，需要輔以普朗克原理（起始處于內(nèi)部熱平衡的封閉系統(tǒng)，等體積功總會增加其內(nèi)能）。
定律的其他表述
除上述幾種表述外，熱力學(xué)第二定律還有其他表述。 如針對焦耳熱功當(dāng)量實驗的普朗克表述：
“ 不可存在一個機(jī)器，在循環(huán)動作中把以重物升高而同時使一熱庫冷卻。 ”
以及較為近期的黑首保勞-肯南表述（Hatsopoulos-Keenan statement）：
“ 對于一個有給定能量，物質(zhì)組成，參數(shù)的系統(tǒng)，存在這樣一個穩(wěn)定的平衡態(tài)：其他狀態(tài)總可以通過可逆過程達(dá)到之。 ”
可以論證，這些表述與克勞修斯表述以及開爾文表述是等價的。
卡諾定理
卡諾定理是尼古拉·卡諾于1824年在《談?wù)劵鸬膭恿湍馨l(fā)動這種動力的機(jī)器》中發(fā)表的有關(guān)熱機(jī)效率的定理。值得注意的是定理是在熱力學(xué)第二定律提出20余年前已然提出，從歷史角度來說其為熱力學(xué)第二定律的理論來源。但是卡諾本人給出的證明是在熱質(zhì)說的錯誤前提下進(jìn)行的證明，而對于其相對嚴(yán)密（以熱動說為前提，而非熱質(zhì)說）的證明需要熱力學(xué)第二定律。
定理的表述
卡諾定理表述為：
1、在相同的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩撮g工作的一切可逆熱機(jī)的效率都相等。
2、在相同的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩撮g工作的一切熱機(jī)中，不可逆熱機(jī)的效率不可能大于可逆熱機(jī)的效率。
與熱力學(xué)其他定律的聯(lián)系
與熱力學(xué)第一定律的聯(lián)系：熱力學(xué)第一定律主要從數(shù)量上說明功和熱量對系統(tǒng)內(nèi)能改變在數(shù)量上的等價性。熱力學(xué)第二定律揭示了熱量與功的轉(zhuǎn)化，及熱量傳遞的不可逆性。兩者對于全面的描述一個熱力學(xué)過程都是不可或缺的。
與熱力學(xué)第零定律的聯(lián)系：熱力學(xué)第零定律是在兩物體處于熱平衡前提下判定溫度，在未達(dá)熱平衡時不適用。在未達(dá)熱平衡時可利用熱力學(xué)第二定律，通過判定熱傳遞方向來判定兩物體的溫度。
熱力學(xué)第零定律
熱力學(xué)第一定律
熱力學(xué)第三定律