在热动力学上，土壤是一个开放系统，它与外界有物质和能量交换过程。根据热动力学原理，所有封闭体系都将向最小自由能(最大熵或者最小能量)方向移动。

土壤的演变形式是土壤中进行着多种多样的物理、化学和生物学过程，这些过程取决于土壤的结构和组成，并由外界环境因子比如温度、水分状况所驱动。自然成土因素学说综合地表达了这样一个规律((Jenny 1941)：

S＝f (cl，o，r，P，t，…)     (9-1)

式中，S、cl、o、r、 p和t分别代表土壤、气候因子、生物因子、地形因子、母质因子和时间因子。这样的一个概念模型清楚地说明环境因子的改变必然导致土壤的变化。

土壤变化是通过一系列的过程来实现的，这些过程包括土壤与环境之间的相互作用，也包括土壤内部的物质迁移与转化。土壤发生学过程是土壤自然演变过程的重要表现。与此相对应，土壤自身的变化一方面是白然环境变化的一个组成部分，同时也对其他环境因子产生反馈。

任何土壤演变过程的实质都是物质转化和能量传递过程。土壤系统的能量包括由位置和压力所决定的物理势能，及土壤物质组成所决定的化学结合能。土壤系统中发生的风化、搬运和迁移过程实际上就是一个能量降低过程。

在探讨能量转化过程时我们可以采用热动力学概念和方法。能量转化过程中必然涉及熵的变化，熵则是表征系统混乱(或者组织)程度的一个物理量。

Prigogine(1961)指出在开放系统中，系统熵变(△S)可以由下列式子给出：

△S＝△S_e＋△S_i     (9-2)

式中，△S_e表示土壤与环境之间反应的熵的变化；△S_i则是系统内部不可逆过程的熵变。虽然△S_i总是正的(不可逆过程)，△S_e则可以为正或负，所以在开放体系中，依据△S_e的大小，总熵变可能是增加或减少。

对土壤体系(土体尺度)而言，随着剖面发育，自然演变的总体方向是更加有序化，所以总体而言是嫡减过程，按照热力学第二定律，这意味着环境中的熵会增加，也即环境的混乱度的增加。环境混乱度增加的物理意义通常是环境质量的退化，这也说明即使是自然的土壤发生过程也会在一定程度上影响环境质量。导致开放系统有序化或者向高能量水平转变的过程是由外界(环境)的能量输入(如太阳能)，或者由进入系统中的物质降解所驱动(如有机物质降解)。从热力学第二定律我们已经了解到，虽然不可逆过程导致封闭体系在向完全无序的状态演变，但开放系统可以通过环境的负熵流达到局部有序状态。

按照上述原理，土壤自然演化过程是一个能量消耗过程，在这一过程中伴随熵向环境的流动。以土壤中的具体过程为例，土壤的物理胀缩、生物活动等导致的物理混合过程增加空间混乱度，因而它是土壤中的嫡增过程。矿物风化过程涉及化学键的破坏，导致结合能的释放并增加土壤组成的无序性，所以也是熵增过程。土壤过程中也有很多是朝组织程度提高和有序化方向发展的，这些过程对土壤而言就是熵减过程，比如次生矿物的形成、土壤结构的形成和有机质的富集等。淋溶-淀积过程是土壤成分如黏粒、有机配位体和氧化物等从一个区域向另一个区域的选择性移动并重新积聚的过程，因为它们趋向于重组土壤物质、增加土壤的有序度，所以它们是熵减过程。

对不同的土壤类型，这些过程作用的强度是不同的，例如就变性土而言，物理混合的过程(高黏粒含量和2：1型矿物组成导致的经常性收缩-膨胀过程)非常强烈，其强度超过其他结构有序化过程(如有机质的表层积累和物质移动等)，导致总体上的无序度增加，因而变性土在形成过程中是熵增的。对物质移动强烈的淋溶土和老成土而言，相对来说有序化过程非常明显，所以在演化过程中是熵减的。总而言之，如果受外界环境的影响，土壤的物理混合和原生矿物分解占主导地位，那么土壤发育过程将是熵增的；如果黏粒迁移一淀积、有机质积累、次生矿物形成和淋溶过程占主导地位，那么土壤的发育就朝更加有序化方向发展，是熵减的。

退化过程的实质就是能量损耗和有序化降低的过程。在土壤系统处于不随时间变化的“稳定态”(作为开放系统土壤不能称作“平衡态”，因为热力学上平衡态只可能出现在封闭体系中)时，能量和物质的单独或同时输入刚好维持土壤性质的稳定，换句话说，此时构建的过程正好平衡于退化的过程。

虽然土壤是一个动态系统，但由于观察者时间尺度的限制，其自然变化通常是不明显的，从形态学观点来看，大多数土壤的变化是缓慢的。而实际上，由于植物养分吸收、风化、吸附-解吸反应、淋溶或者土壤水分状况的改变，土壤溶液组成处于不断地变化之中。另一方面，人为影响下的土壤改变，却是迅速而深刻的，人为管理影响下的土壤熟化相对于自然发生过程而言是迅速的，而土壤退化过程更是如此。