统计热力学方法是用统计力学手段来阐明和解决热力学问题的方法，是一种微观的方法。它根据分子的结构以及统计的规律性，说明热力学规律的本质。由于统计方法是根据统计单位的力学性质(例如速度、动量、位置、振动、转动等)来推求系统的热力学性质(例如压强、比热、熵等热力学函数)，故把系统的微观性质和宏观性质联系起来，补充了宏观热力学方法的不足。例如利用该方法不需进行低温下的量热实验(低温实验设备复杂而且不易做准)，就能求得熵函数，其结果甚至比由热力学第三定律所求得的熵值更为准确。该方法主要用于研究平衡系统，但其研究结果也可用于化学动力学以及趋近于平衡速度的研究。19世纪末其经典部分在波尔兹曼(Boltzmann)、麦克斯韦(Maxwell)和吉布斯(Gibbs)的努力下得到了发展，对于简单系统，计算的结果往往比直接得到的值更为准确。但对于复杂的，特别是那些包含有强的分子间作用力的系统，理论处理就要困难得多，这正是当前研究的方向。