Tepelná smrt vesmíru je označení pro takový stav vývoje vesmíru, ve kterém zvyšování entropiepodle druhého termodynamického zákona zapříčinilo vyčerpání veškeré využitelné energie do odpadního tepla. V takovém prostředí by zřejmě nemohl existovat život. Je důležité si však uvědomit, že stav tepelné smrti vesmíru platí pouze v případě, že je vesmír uzavřeným systémem. Stav tepelné smrti by rovněž netrval nekonečně dlouhé období.

Na přelomu devatenáctého a dvacátého století byl tento vývoj zvažován jako protipříklad k pojetí statického vesmíru, který předpokládal, že náš vesmír existoval ve stejné podobě po nekonečnou dobu. Podle druhého zákona termodynamiky by pak již v tuto chvíli musel být „mrtvý“.Se vznikem a všeobecným přijetím teorie Velkého třesku tato potíž zmizela – vesmír zatím neměl dost času, aby dospěl k termodynamické rovnováze a pravděpodobně se tak stane v následujících miliardách let.

Současné rozšířené kosmologické modely s tímto vývojem tedy vesměs počítají. Mezi další, méně pravděpodobné, varianty patří teorie velkého křachu, která předpovídá, že se roztahování vesmíru zpomalí, zastaví a přejde ve smršťování. V takovém modelu by na tepelnou smrt vesmíru nebylo dost času.