熱力學第二定律顯示物質有趨向最大亂度的趨勢，因此將一滴墨水滴在一杯水中，不久之後整杯水都變色。可是除了在電影中，我們不會看到一杯被染色的水中的染料逐漸集中成一個點。可是為何生物體可以具有規則的結構，甚至某些蛋白質或 RNA 在細胞內的分佈還有極性(即不均勻分佈)?
這可由「水往低處流」談起。在自然界中水確實都往低處流，可是幫浦可利用外力讓水向高處流。這現象顯示在消耗能量的狀況下，是有機會讓亂度變小的。在高中時你或許就已知道自由能 (△G)是包含定壓反應熱 (△H)與亂度 (△S)這兩個相互制衡的項目。也唯有利用自由能才能在密閉系統中預測反應的方向。