Ein physikalischer Prozess ist irreversibel, wenn er in einem abgeschlossenen System nicht umkehrbar ist, ohne Veränderungen im System zu hinterlassen. Das Gegenteil ist ein reversibler Prozess. Obwohl alle mikroskopischen Elementarreaktionen reversibel sind, sind alle makroskopischen Prozesse irreversibel. Die Irreversibilität ergibt sich aus der Unwahrscheinlichkeit des Anfangszustands und begründet die eindeutige Richtung der Zeit (siehe Zeitpfeil) und ist eng mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verknüpft. Alle spontanen Prozesse sind irreversibel.