La mecánica estadística es la parte de la química física que permite la predicción de propiedades termodinámicas a partir de los datos proporcionados por la mecánica cuántica. Así, a partir de propiedades microscópicas de la materia (cuánticas) se pueden obtener propiedades macroscópicas como entropía, capacidades caloríficas, energía interna , tensión superficial, viscosidad,....
La termodinámica estadística supone que la materia está formada por un elevado número de componentes microcópicos que individualmente obedecen a la mecánica cuántica, pero como colectivo obedecen las leyes estadísticas. La termodinámica estadística establece una conexión entre la descripción microcópica y la descripción macroscópica de la naturaleza.
Basándose en los resultados a nivel molecular que se obtienen con la mecánica cuántica, la termodinámica estadística calcula propiedades directamente observables.