负温度（negative temperature），表示某些条件下热力学系统特殊性质的一个物理概念。一个热力学系统的绝对温度T，熵S和内能U间的关系为1/T=∂S/∂U。故当∂S/∂U>0时，T>0，称为正温度；而∂S/∂U<0时，T<0，称为负温度，此时热力学系统所处状态称为负温态。按照热力学第三定律，一个热力学系统总是处于T>0的正温态，不可能用有限手续达到T＝0。因而负温度不是正规热力学的概念，而是超出热力学的新概念。此一概念是20世纪中叶研究核自旋系统的统计物理性质时首先引入的，以后广泛地应用于量子放大器、激光、顺磁电介质等系统。对一个两能级核自旋系统的量子统计计算表明，在正温度范围内，系统的熵与内能都随温度增加而单调增长，一直到温度为无限大时，系统的熵达到极大值。此后系统即进入内能增加而熵减小的负温态。从绝对温度与系统内能的关系看，负温度状态比正温度状态更热，负温度比正温度要高。因此如果把一个处于负温态的系统与处于正温态的系统接触，热量必然从负温系统流向正温系统，最后整个系统在正温态达到平衡。由此可知，能实现负温态的系统有严格的限制条件：①系统的能级有上限且能级数目有限；②系统与正温系统隔绝。前面提到的几个系统都满足这些条件。