Sistema makroskopiko baten propietateak azaltzeko eta aurresateko, haren osagai mikroskopikoen interakzioen metodo estatistikoen bidezko azterketan oinarritzen den mekanika. Lehen urratsak Ludwig Boltzmanek egin zituen, 1870 inguruan, lehendik James Clerk Maxwellen gasen teoria zinetikoan egindako lan batzuk garatu zituenean; XX. mendearen hasieran J. W. Gibbsek aurrerapen handiak egin zituen. Partikula-kopuru handiz osatua den sistema batean ezinezkoa da partikulen banako posizioak eta abiadurak kalkulatzea; horregatik, horiek halako balioa izateko probabilitate kontzeptuari heltzen dio mekanika estatistikoak, eta hori kalkulatzeko, hurbilketa edo metodo estatistikoez baliatzen da. Mekanika estatistikoaren oinarrizko egitekoa da, orduan, sistema isolatuen banaketa probableena kalkulatzea. Horretarako, eredu estatistikoak erabiltzen dira. Hiru estatistika desberdin garatu dira. Fisika klasikoaren arloan, Maxwell-Boltzmann banaketa erabiltzen da. Mekanika kuantikoan, bi estatistika garatu dira: bosoietarako (fotoietarako, esaterako), Bose-Einstein estatistika, eta fermioietarako, Fermi-Dirac estatistika.