물리학의 한 부문. 거시적(巨視的)인 물체는 막대한 수의 미시적 입자(원자 등)로 이루어지고, 그것이 나타내는 여러 가지 성질(物性)은 이들 입자의 운동에 의해 설명된다.

역학적으로는 그처럼 복잡하지만, 기체의 상태가 보일-샤를의 법칙으로 표시되는 예가 말해 주듯이, 비교적 소수의 상태량(압력, 온도, 밀도 등)과 그것들 사이의 관계에 의해 물질의 성질을 기술한다.

이것은 대략의 거시적인 관측으로 미시적 변화의 평균값을 내어, 여기서 규칙성을 찾아볼 수 있음을 나타낸다.

예컨대 절대온도 T인 기체 중에서 속도 v로 운동하는 분자의 평균적인 수는

에 비례한다.

여기서 k는 볼츠만상수, m은 분자의 질량, e는 2.718…이라는 자연로그에 관계되는 무리수이다.

거시적인 물성이란, 경기(景氣)의 동향이나 평균수명의 변화 등과 마찬가지로 통계적인 성질이라고 볼 수 있다.

따라서 미시적 입자의 운동을 지배하는 역할을 기초로 하고, 거기에 통계적인 처리를 가함으로써 거시적인 물성을 설명할 때의 일반적인 이론의 뼈대로 삼으려는 것이 통계역학이다.