Таблица 1.4. 1. Оценка на възможността за протичане на даден процес, съгласно втория принцип на термодинамиката

Съгласно третия принцип на термодинамиката, при температура равна на абсолютната температурна нула (-273.15^оС), ентропията на всяко едно тяло е равна на нула. Това дава възможност да се определи стойността на ентропията на дадено тяло при кое да е негово състояние. При кристалните тела, колкото е по-сложна кристалната решетка, толкова е по-ниска ентропията. Ролята на ентропията да дава оценка на подредеността в атомно-молекулния строеж на телата се вижда от Таблица 1.4.2 и Фиг. 1.4.2. При различните компоненти на живите организми (белтъци, нуклеинови киселини, липиди), стойностите на ентропията са измерени за 1 мол количество вещество и носят ценна информация за структурата на тези вещества и нейната промяна при загряване, промяна на рН, денатурация и др. Най-често обаче се измерва промяната на ентропията при фазов преход между две състояния. В процеси, завършващи с намаляване на структурираността на телата, ентропията расте, S > 0. Това са топене, изпарение, разтваряне, загряване, образуване на газообразни продукти, образуване на утайка. Обратно, процеси предизвикващи нарастване на подредеността, ентропията намалява, S < 0. Тук се включват кондензация, кристализация, охлаждане, намаление на газовите съставки.

Особено важно приложение намира величината свободна енергия при химичните и биохимичните реакции. Нека реакцията A + B  C + D протече спонтанно (самостоятелно, самопроизволно) до достигане на равновесни концентрации на участващите изходни вещества (A и B) и крайни продукти (C и D). Равновестната константа К на тази реакция се дефинира като отношение на равновесните концентрации на участващите вещества K = [C].[D]/[A].[B]. Очевидно К 1, защото в края на реакцията концентрациите на предшествениците [A] и [B] ще бъдат по-ниски от концентрациите на продуктите[C] и [D]. Ако реакцията е протичала при стандартни условия, изменението на свободната енергия на реакцията ще бъде F = - R.T ln K, където R е газовата константа и Т е абсолютната температура. От условието К 1 следва, че F  0, което е в съгласие с втория принцип на термодинамиката. Това показва, че в получените продукти вече се съдържа по-малко свободна енергия и повече ентропия, отколкото в изходните вещества. Разликата в енергията се отделя като топлина, която се явява като деградирала и неизползваема енергия. Ако К  1, следва че F  0 и реакцията протича под външно въздействие в обратна посока, като в равновесното състояние ще присъстват главно изходните вещества.

Вещества които са неразтворими във водна среда се означават като хидрофобни. В биофизиката, свободната енергия се използва за оценка на качеството хидрофобност на различни вещества (липиди, аминокиселини). Нека молекулите на дадено вещество са диспергирани във водна среда и чрез подходящ опит те се пренесат в друга по-малко полярна среда, например етанол. При този пренос се измерва промяната на свободната енергия F на системата разтворител/разтворено вещество и тази промяна се взема като мярка за хидрофобността на веществото. Съгласно вторият принцип на термодинамиката, ако F (свободната енергия на прехода) е отрицателна, преминаването на подобни молекули от водна среда към неполярна (хидрофобна) среда ще стане спонтанно, без използване на външна енергия. Такова вещество се счита хидрофобно. Ако свободната енергия на прехода е положителна, веществото е хидрофилно и лесно разтворимо само във воден разтвор.

Единствени източници на енергия при живите организми са химичната енергия и енергията на светлинните фотони. При онези от тях, които не могат да фотосинтезират, единствен източник на енергия са химичните връзки в хранителните вещества. Ето защо, при тях първият принцип на термодинамиката трябва да се формулира така: енергията, необходима за извършване на всички видове работа се взема от вътрешната енергия на органичните вещества при тяхното окисление. В такъв смисъл, тези организми представляват химични машини, които превръщат химичната енергия на хранителните вещества в работа и частично в топлина, съгласно законите на физиката.