電影中有一個貫徹始終的設定與理論基礎。導演將「熵」這一概念與時間相結合，設定了「熵增的方向與時間流逝的方向相同」這一指導思想。提到熵增定律，我們首先要了解一下熱力學的三大定律。
熱力學第一定律：能量守恆定律：一個熱力學系統的內能增量等於外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。(如果一個系統與環境孤立，那麼它的內能將不會發生變化。)能量既不能憑空產生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，在轉移和轉化的過程中，能量的總量不變。
能量守恆定律
在能量守恆定律提出之前，人類一直幻想著可以製造一種，不需要消耗任何能量卻能源源不斷對外做功的神奇機器。這種機器被稱為「第一類永動機」隨著熱力學第一定律的提出，科學界也通過擲地有聲的真理，莊嚴宣告了第一類永動機幻想的徹底破滅。
熱力學第二定律有幾種不同的表述形式：
熱力學第二定律的熵表述，也就是廣為人知的熵增定律：孤立熱力學系統的熵不減少，總是增大或者不變。用來給出一個孤立系統的演化方向。說明一個孤立系統不可能朝低熵的態發展即不會變得有序。
「熵」這一概念最早在1865年由德國物理學家克勞修斯提出。化學及熱力學中所指的熵，是一種測量在動力學方面不能做功的能量總數。熵亦被用於計算一個系統中的失序現象。通俗來說，熵指的是一個系統的混亂程度，熵值越大，系統越混亂。
熵增定律
1881年，美國的一位海軍發動機設計師設計了一種神奇的機械，該裝置計劃可以利用海水的熱量將液氨汽化，氣態的氨推動機械的運轉。當設計師滿心歡喜的將機器樣機製造出來時，卻失望的發現機器沒法連續運轉。其實這個機器是人類歷史上第一個成型的「第二類永動機」。因為汽化後的液氨在沒有低溫熱源存在的條件下無法重新液化，因而不能完成循環。熱力學第二定律的提出同樣從真理的角度，戳破了「第二類永動機」幻想的泡沫。
熱力學第三定律也被稱為絕對零度定律。絕對零度時，所有純物質的完美晶體的熵值為零。或者絕對零度(T=0K即-273.15℃)不可達到。熱力學第三定律的提出也在理論層面給予熵增定律最強有力的支撐。「熵」這一概念也被廣泛的應用於自然科學的研究領域乃至百姓生活的方方面面。
絕對零度
在三大定律之後，人們發現三大定律的存在並沒有一個穩定的地基支撐。於是科學家為了穩固熱力學三大定律，定義了熱力學第零定律：如果兩個熱力學系統均與第三個熱力學系統處於熱平衡，那麼它們也必定處於熱平衡。也就是說熱平衡是傳遞的。這一定律定義了「溫度」的概念。
熱力學第二定律也是熵增定律的基礎。他也被稱為任何物理定律的起點。很多科學家悲觀的說，熵增定律是讓宇宙明晰，讓萬物都絕望的終極定則。古往今來，你我在內的無數人都在思考著許多人生終極問題。宇宙的外面是什麼？我們為什麼不能發現外星人？生命的意義又是什麼？萬事萬物的終極時刻是什麼樣。回首這一切人類無釐頭的思考，可能這個「熵增定律」真的能解決人類的幾乎所有疑問。同時殘酷的是，這個定律讓人類平等，讓萬事萬物處於同一地平線。從某種意義上來說，人類改造宇宙，徵服萬物的野心在這一定律下也會變得死寂。這也是最令人絕望的真理。
宇宙萬物都遵循的定則
薛丁格說過：「人活著就是在對抗熵增定律，生命以負熵為生！」。也有學者說：「如果物理學只留下一條定律，我會選擇熵增定律」。可見熵增定律的重要。他就像懸在人間的一把達摩克利斯劍，指導著萬物向著熵增的方向發展，最終都會走向熱寂。如果有一天地球毀滅了，我們怎麼能在一張名片上寫下地球文明的全部精華，讓其他文明知道地球文明曾經的存在？有學者回答道：我只需要寫下三個公式，1+1=2展示數學文明，愛因斯坦的質能方程以及熵的定義。
熵增定律包括所有生命與非生命的演化規律。大家有沒有這樣一種體驗，辦公桌如果不收拾就會越來越亂，充電線如果放在包包裡就會亂作一團，電腦如果不清理垃圾文件會越來越卡，熱氣騰騰的卡布奇諾會越來越涼。而放眼宇宙，包括太陽在內的所有恆星都會凋亡，最後宇宙歸於熱寂。
生活中的熵增定律
讓我們再來回顧一下這個令人絕望的熵增定律：孤立系統中，如果沒有外力做工，系統的總混亂度（熵）會不斷增大。
拆解這條定律，我們發現三個特別重要的關鍵點：一個孤立的系統、無外力做功、總混亂度。熵可以被看做一種不可利用的能量，不可逆並且會不斷增加。從這裡就可以推理出剛才所有問題的答案。恆星終將湮滅，生命終將消失。物體從有序慢慢變得混亂無序，這一定律，萬物無一倖免。