构成物体的分子总是处在分子热运动的状态，单个分子的状态难以描述，也没有意义。而多个分子的运动状态具有统计学意义。

类似于高尔顿板，从中间的孔中使小球落下，单个小球下落时会被下一层的挡板阻挡而随机掉落到左侧或右侧的通道落入下一层，而许多小球下落的总体状态能呈现一种统计分布。

运用统计学来研究分子热运动的规律，就是热力学基本的研究目标。其中，气体是热力学的研究对象之一。

气体具有一定的体积，但我们通过生活常识知道气体的体积会随着温度变化而变化。这是因为气体具有分子动能，温度升高，分子动能增加，分子热运动更剧烈。我们用温度描述气体的冷热程度，在热力学当中温度也是分子平均动能的标志。如果分子平均动能为0（由于动能不可能为负，所以若分子平均动能为0，则意味着所有分子的动能均为0），则将这时的温度称为绝对零度，现在测定认为绝对零度为−273.15摄氏度，热力学当中将此温度记为0，单位为开尔文，用字母K表示。摄氏度\(t\)与开氏度\(T\)是1:1线性的，即 \[ T = t – 273.15\]

气体分子在不断进行分子热运动，分子总会碰撞到容器壁上，其宏观表现就是气体的压强。这也符合我们的生活常识：同样体积同样温度的空气在更小的体积内，自然会对容器壁撞击次数更多，压强就会更大。

在固定体积的容器中，研究气体压强\(p\)与温度\(T\)的变化，即等容变化。

等容变化遵循 查理定律 (Charles Law)，\[\frac{p}{T} = \text{Const} \]

根据查理定律可知，等容变化时，压强\(p\)与热力学温度\(T\)成正比。

由于体积变化 \(\Delta V = 0\)，则意味着系统不对外做压强-体积功 \( \Delta W = p \Delta V = 0\). 依据热力学第一定律，可知系统内能的变化是所有传递给系统的热量 \[ \Delta U = Q\]

对于理想气体，能量的增加与温度的增加成正比 \[ Q = n C_V \Delta T\]其中\(n\)是物质的量，\(C_V\)是等容摩尔热容。