Концепция отрицательной температуры объясняется с точки зрения неравновесных состояний термодинамической системы. 4

При отрицательной температуре распределение частиц по энергии инвертируется: многие частицы имеют высокую энергию, а немногие — низкую. 1 Это возможно, когда энергия системы имеет верхний предел. 1

Система с отрицательной температурой нестабильна и стремится отдать «лишнюю» энергию. 2 При контакте с любой системой, имеющей положительную температуру, энергия будет переходить от системы с отрицательной температурой к системе с положительной, независимо от того, насколько велика последняя. 2

Отрицательная температура системы сохраняется достаточно долго, если эта система достаточно хорошо изолирована от тел с положительной температурой. 4 На практике отрицательная температура может реализовываться, например, в системе ядерных спинов. 4