统计力学（Statistical mechanics）是一个以玻尔兹曼等人提出以最大熵度理论为基础，借由配分函数 将有大量组成成分（通常为分子）系统中微观物理状态（例如：动能、势能）与宏观物理量统计规律 （例如：压力、体积、温度、热力学函数、状态方程等）连结起来的科学。如气体分子系统中的压力、体积、温度。伊辛模型中磁性物质系统的总磁矩、相变温度、和相变指数。通常可分为平衡态统计力学，与非平衡态统计力学。其中以平衡态统计力学的成果较为完整，而非平衡态统计力学至今也在发展中。统计物理其中有许多理论影响着其他的学门，如信息论中的信息熵。化学中的化学反应、耗散结构。和发展中的经济物理学这些学门当中都可看出统计力学研究线性与非线性等复杂系统中的成果。统计力学运用的是经典力学和量子力学的原理。由于粒子量大，存在大量自由度，虽然与经典力学应用着同样力学规律，惟导致性质上完全不同的规律性。不服从纯粹力学的描述，而服从统计规律性，用量子力学方法进行计算，得出和用经典力学方法计算相似的结果。从这个角度来看，统计力学的正确名称，应为“统计物理学”。一个粒子运动存在3个自由度，即上下、左右、前后，按照牛顿力学方法，确定它的运动方向，就可以计算它的运动速度、轨迹等，但如果是大量的粒子，加在一起会有无法计算的自由度量，无法计算出它们全体总的运动效果，只能用统计方法计算，即概率论的方法计算。玻尔兹曼用统计方法和牛顿力学原理计算大量粒子运动情况，得出：粗略的热力学与统计物理发展历史线