其定义式为：

该式表示热力学系统在微元可逆过程中与外界交换的微热量可逆与传热的热力学温度之比为该热力学系统的熵的微增量。为热力学系统的熵，单位是焦/开（J/K）。单位质量的熵称为比熵s，单位是焦/（千克·开）。熵是热力状态参数。上述定义式由德国数学和物理学家R.克劳修斯于19世纪中叶首先引入的。从熵的定义式可知：可逆吸热过程，系统的熵增加；可逆放热过程，系统的熵减少；可逆绝热过程是一个定熵过程。如果过程中发生任何不可逆现象都会使熵的增量超过相同条件下可逆过程的熵增。

当热力学系统从状态1变化到状态2时，热力学系统的熵变可表示为。在图中所示温-熵(T-S)图中，可逆过程曲线与S轴之间的围成的面积代表热力学系统在该可逆过程中与外界交换的热量。T-S图广泛用于热力过程和热力循环的分析计算。

温-熵（T-S）图

系统熵变与换热量的关系为：，其中可逆过程取等号，而不可逆过程取大于号。因为孤立系统δQ=0，所以有dS_孤立系≥0，该式是孤立系统熵增原理的表达式，即：孤立系统经历可逆过程其熵不变，经历不可逆过程其熵增加，孤立系统的熵永远不会减少。据此可以判断一个自发过程进行的方向。自发过程总是朝着使孤立系统的熵增加的方向进行的，以达到极大值时的平衡态为止。

孤立系统熵的增加意味着做功能力（可用能）的损失。做功能力损失的计算式是W_损失=T₀ΔS_孤立系，式中T₀为环境的热力学温度；ΔS孤立系为孤立系统熵增。孤立系统熵增愈多，做功能力损失也愈多，所以孤立系统熵增是衡量做功能力损失的量度。