△S = △Q/T
△Q 是流入系統的熱量，T是系統溫度
△S universe ≧ 0
何謂熵？熵在熱力學上是亂度的一種指標，熱力學第二定律指出任何的反應或過程必然增加全宇宙的熵，因此隨時間的增加，宇宙的總熵是增加的。
熱力學上的高熵效應High-Entropy Effect
△G = △H - T △S ≦ 0
H是焓的變化量（反應熱）
另一個準則是：只考慮系統的自由能ΔG，不考慮系統之外的環境，可使問題簡化。任何在定溫定壓下的反應或過程只要使自由能下降，就會進行。
因此，當達到最低自由能時，就達到平衡狀態。
混合熵 △S 的計算：
△S = klnw
( k為波茲曼常數3.299 x10-23 卡/K )
例如取兩種球各25顆
W=1, 混合熵 △S = 0
W = 50! /25! 25! =1.26ｘ1014
混合熵為 △S = klnw = 32.47 k
混合熵為 △S = klnw = 32.47 k
例如五種球各10顆
W=1, 混合熵 △S = 0
W = 50! /10! 10! 10! 10! 10!=4.83ｘ1031
混合熵 △S = klnw = 72.96 k
混合熵 △S = klnw = 72.96 k
所以當一個合金的金屬元素增加時，混合態的混合熵△S變大，自由能△G下降，此將促進元素間的混合，讓每個元素的原子在結晶格子上隨機散布，得到混合的固溶體，而非脆性化合物。
等原子比的合金每莫耳的組態熵△Sconf列表（R=卡/K•莫耳），元素數目越高，混合熵越大。
因此葉教授以排列混合熵來區分合金世界，五個主元素以上的合金為高熵合金，三或四個主元素的合金為中熵合金，而傳統合金以一個元素為主，稱為低熵合金。
熱力學上的高熵效應促進合金元素的融合
葉均蔚教授研究高熵合金時發現，當金屬元素多時，在混合狀態下有很大的亂度，也就是混合熵很大，會與亂度小的化合物相競爭而取勝，得到元素間的混合狀態，互溶成體心立方結晶（BCC）或面心立方結晶（FCC）或其他晶體，此現象抑制脆性金屬間化合物的形成，可獲得很好的延性。此一效應為高熵效應，也就是高熵合金名稱的由來。
以Al-Co-Cr-Fe-Mo-Ni合金為例，因高熵效應使混合熵大的固溶相比混合熵小的化合物相具有較低的自由能，所以固溶相變成穩定相，也就是以多元素固溶於BCC、FCC、B2、σ 結晶體中變成穩定相，沒有化合物相，如下列實驗相圖所示。
註：括號內的數字為化合物形成熱（kJ/mol）
結構上的嚴重晶格扭曲效應Severe-Lattice-Distortion Effect
高熵效應促進了多元素互溶的固溶結晶體，此種結晶的晶格點佔據不同的元素原子，就產生了扭曲現象。造成扭曲的因素有原子半徑差異造成的扭曲、上下左右前後元素不同的化學鍵結不對稱等。這樣的扭曲，除了對許多性質產生直接的影響，也影響了原子的擴散效率，好比一個大樓的骨架，整齊平行的骨架與歪歪扭扭的骨架，自然會有不同的性能表現
單位晶胞是扭曲的
高熵合金的晶格是多種元素原子共同組成，由於各種大小不同的元素原子要排列成單一晶格，必然會出現晶格扭曲和應變現象
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硬度及強度會提升這是因為滑動的差排受到每個原子扭曲的應變場所阻礙，增加了滑動所需的應力，進而產生固溶強化。
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電阻率會上升這是因為自由電子受到扭曲的晶格散射，平均自由徑減短，使電阻增加。
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熱傳導會下降這是因為貢獻大宗熱傳導的電子阻力變大。
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X光繞射的漫射效應會增加這是因為扭曲下，原子平面不平整，符合布拉格定律的建設性干涉減少，漫射增加所致。
嚴重晶格扭曲效應帶來強度高、韌性高等優良的特性
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The contribution of solid solution strengthening(σ'ss) to the total strengthening was higher in the concentrated solutions than in the dilute solutions. This nding can be attributed to the severe lattice distortion e ect in the whole-solute matrix, which indicated that all lattice sites were distorted. This universal equation can be applied to diluted solution and concentrated solution alloys. -
滑動差排在滑動面上滑動，純Ni的晶體、Ni-2W （1A2W）的晶體及Ni-4W（1A4W）的晶體以及 CoCrFeMnNi高熵合金晶體的阻力比較，顯然 CoCrFeMnNi高熵合金最強。因此元素數目越多，差排愈不容易滑動，讓強化效果越強。
強化的理論推導得到
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三種不同鋁含量的高熵合金電阻率與溫度的關係曲線，可看出溫度上升的晶格熱振動，使電阻率上升 （298-400K是用另一儀器量測）。靠近300K的電阻率介於140-170μΩ-cm間，比傳統合金（1-100 μΩ-cm）高，主要原因就是晶格的扭曲造成電子前進的漫射效應。 -
可看出高熵合金的熱擴散係數TD甚低於純鋁，純鋁因晶格隨溫度上升而熱振動上升，電阻增加，熱傳導下降。
而高熵合金的嚴重晶格扭曲阻礙自由電子前進，所以熱擴散係數甚低，但當溫度提升產生晶格膨脹，又使自由電子較易前進，故熱擴散係數略微上升。
晶格扭曲造成電子和聲子產生散射，使得導電和導熱效率較差，同時帶來強度高、韌性高等優良特性。
動力學上的緩慢擴散效應Sluggish Diffusion Effect
緩慢擴散效應是由於多元素原子競爭及晶格扭曲妨礙了原子擴散的效應，進而使相變化變慢及性質改變。
在工程應用上，緩慢擴散效應帶來好處，包括：
- 容易獲得過飽和，促進固溶強化及析出硬化。
- 提高再結晶溫度，高溫穩定度提升。
- 晶粒成長緩慢，保持細晶強化結構。
- 析出物粗化變慢，保持析出強化。
- 增進抗高溫的潛變性能
因原子的擴散需要靠空缺（vacancy）的交換才能前進，在多元素下，不同元素原子產生爭取有限空缺的現象，互相牽制，擴散效率變差。
元素在不同的扭曲位置，所面臨的鄰居元素都不同，所得到的鍵結能不同，因此晶格位能（lattice potential
energy）是高高低低變動的，鍵結較強的位置構成較深的牽絆，需較大的活化能才能跳離，因此需要的擴散活化能較高。好比汽車在高低起伏的路面行駛，比較耗油，速度較慢。
相變化速率 = 成核速率 × 成長速率
當新相由母相形成時，成分的調整，需靠多元素原子的合作擴散。因此各個元素擴散速率變慢且合作擴散的牽絆，使相變化成核及成長皆變慢，整體相變化速度變慢。
為了證明此效應，直接做擴散實驗：
製作三對的成分：1及2為Cr、Mn含量不同；3及4為Co、Fe含量不同；5及6為Fe、Ni含量不同；每對緊密貼著封住在鉬管中，外面以石英真空封管。每對共做五組，分別在1173, 1223,
1273, 1323, 1373 K進行擴散實驗。
5及6 HEA配對的擴散耦（ Fe及Ni變量）經1223 K 90 小時擴散後的SEM金相照片，黑點線為原來貼緊的界面。
1及2 HEA配對的擴散耦（ Cr及Mn變量）經1273 K 100小時擴散後，用SEM成分分析各元素含量的變化。
1及2 HEA配對的擴散耦（ Cr及Mn變量）經1273 K 100小時擴散後，用SEM成分分析各元素含量的變化。
動力學上的緩慢擴散效應促進材料的高溫穩定性
採用Sauer-Freise Method: Quasi-binary interdiffusion coefficient 計算擴散係數：
由各元素含量的變化曲線可看出擴散係數D依序為：Mn > Cr > Fe > Co > Ni。Mn 熔點最低，所以跑最快，Ni是最安定的FCC形成元素，所以跑最慢。
與純金屬元素Fe、Co、Ni以及不鏽鋼Fe-Cr-Ni-Si中熵合金比較，各元素在高熵合金的活化能最大。證明前所論述高熵合金嚴重晶格扭曲及晶格位能高低起伏的效應。
與純金屬元素Fe、Co、Ni以及不鏽鋼 Fe-Cr-Ni-Si中熵合金比較，各元素在高熵合金的擴散係數最小，此證明了緩慢擴散效應。整體的擴散在高熵扭曲的晶格中是較緩慢的。 由於緩慢擴散效應，高熵合金在高溫下較不易產生晶粒粗化、再結晶等結構變化的現象，反而可以使合金熱穩定性較佳。
性質上的雞尾酒效應Cocktail Effect
高熵合金的雞尾酒效應是總收成的效應，可以表現出材料的特性，是材料研究開發的最終目標，因為只有好的特性，才能促進工程應用的性能及壽命。
材料的製造特性、機械性質、物理性質、化學性質及特殊功能性質，林林種種有50種以上，但是在應用上會特別著重某些性質。因此針對某些性質來強化就是合金設計及開發的目標所在，例如硬磁材料強調的磁化強度，若又要耐溫，那麼就要增加耐溫性，不要氧化又能在高溫下保持良好的磁性。
雞尾酒效應在高熵合金特別豐富，因為牽涉多元素的綜合表現，若懂得各種因素對性質的影響，善加利用，就能設計合金組成及製程，發揮正面加成的效果，達到所期望的性質。因此真正開發材料的科學家，瞭解雞尾酒效應，就能經常享受雞尾酒效應帶來的果實。
例1：美國空軍實驗室Senkov及Miracle博士以高熔點元素設計兩款耐高溫高熵合金MoNbTaW及MoNbTaVW，其熔點可高於2600°C。同時因為晶格扭曲的固溶強化效應使此兩合金具有很高的強度，在1600°C下的降伏強度仍可超過400 MPa。
此溫度下，不鏽鋼及超合金已熔化。
註：Inconel 718和Haynes 230都是耐熱鎳基超合金
雞尾酒效應產生性能的加乘效果
雞尾酒效應分好幾個層次，各個層次都會對性質產生影響，也就是綜合性的決定整體的特性表現。
此四個層次如下：
- 組成元素及含量的表現依算數平均數，由各元素的性質以混合法則計算基本性質。
- 元素間吸引排斥的作用力程度會增減性質。
- 晶格扭曲效應會增減性質。
- 微觀結構效應會增減性質。
總性質即為此四層次的加總。但此為概念性，較容易定性預測，不易精確定量預測。
Rule of mixture + mutual interactions among elements, lattice distortion and microstructural effects
ΔX =ΔX1（rom）+ΔX2+ΔX3 +ΔX44，其中X指某一性質，如密度或強度
張勇教授團隊以鐵鈷鎳三元素及Al、Si兩個強鍵結元素開發高強韌的軟磁高熵合金，共設計FeCoNi(AlSi)x(x=0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.8)七種成分探討磁性及強韌性。結果發現FeCoNi(AlSi)0.2的飽和磁化量達1.15T，矯頑磁場coercivity為1,400 A/m，電阻率為69.5 μΩ-cm，降伏強度為342 MPa，伸長率大於50%。因此是一種優秀的高強韌軟磁合金。