絕對零度

主條目：負溫度

在常用的攝氏或華氏溫標下，以負數形式表示的溫度只是單純的比此兩種表示方式下的零數值溫度更低的溫度。然而某些熱力學系統是可以達到真正意義上的負溫度的，換句話說，這些系統在熱力學定義下的溫度（以熱力學溫標K表示）可以是一個負的值。一個具有負溫度的系統並不是說它比絕對零度更冷。恰恰相反，從感官上來講，具有負溫度的系統將會比任意一個具有正溫度的系統都更熱。當分別具有正負溫度的兩個系統接觸時，熱量會由負溫度系統流向正溫度系統。[3]

大多數常見的系統都無法達到負溫度，因為增加能量也會使得它們的熵增加的。但是，某些系統能夠持有的能量是有上限的，當能量達到這個上限時，它們的熵實際上會減少。因為溫度是由能量和熵之間的關係來定義的，所以即使能量在不停的增加，這個系統的溫度仍會變成負值。[3]所以，當能量增加時，對於處於負溫度的系統，描述其狀態的玻爾茲曼因子會增大而不是減小。因此，沒有一個完備的系統——包括電磁系統——能夠達到負溫度，這是因為能量狀態不會達到最大，所以不會有負溫度出現。但是，對於準均衡系統（如因自旋而導致不均衡的電磁場）這一理論並不適用，所以準均衡系統是可能達到負溫度的。

2013年1月3日，有物理學家聲稱首次製造出了高等自由態的負溫度系統，該系統是由鉀原子組成的量子氣體。[4]