Entropie ist eine fundamentale Zustandsgröße, die den Grad der Unordnung bzw. die Zahl der mikroskopisch möglichen Zustände eines Systems bei gegebener Energie und Zusammensetzung beschreibt. In der statistischen Physik wird sie durch S = k_B ln Ω definiert, wobei Ω die Anzahl der mikroskopischen Konfigurationen ist. Makroskopisch wird Entropie über dS = δQ_rev/T eingeführt und ist zentral für das Verständnis von Phasengleichgewichten, Diffusionsprozessen und Stabilität von Werkstoffen.

Für Werkstoffe lässt sich die Gesamtentropie häufig in Beiträge zerlegen: die konfigurationale Entropie beschreibt die Anordnung unterschiedlicher Atomsorten auf Gitterplätzen (z.B. in Hochentropie-Legierungen), die vibronische/phononische Entropie resultiert aus Gitterschwingungen, die elektronische Entropie aus der Temperaturabhängigkeit der Besetzungen elektronischer Zustände nahe der Fermi-Energie, und die magnetische Entropie aus der Orientierung magnetischer Momente. In reaktiven Systemen wird oft auch von chemischer Entropie gesprochen, die Änderungen der Entropie bei chemischen Reaktionen umfasst.

Die freie Enthalpie G = H − TS verbindet Entropie mit Enthalpie und bestimmt die thermodynamische Stabilität von Phasen. Entropiebeiträge können damit energetisch weniger günstige Strukturen stabilisieren (z.B. entropische Stabilisierung von Mischkristallen oder Hochtemperaturphasen). In der numerischen Werkstoffmodellierung (CALPHAD, Dichtefunktionaltheorie mit quasiharmonischer Approximation) ist eine konsistente Erfassung der verschiedenen Entropiebeiträge entscheidend, um Phasendiagramme, Ordnungs-Unordnungs-Übergänge und Diffusionskoeffizienten quantitativ vorherzusagen.