La thermodynamique étudie des systèmes constitués d'un grand nombre de particules. Elle s'intéresse à des propriétés d'ensemble et non au comportement individuel de chaque entité. Il s'agit d'une approche phénoménologique dans la mesure où elle établit des relations entre ces propriétés macroscopiques sans faire intervenir les mécanismes microscopiques sous-jacents. Inversement, la physique statistique prend comme point de départ les lois de la mécanique (quantique ou classique) qui régissent le mouvement des atomes à l'échelle microscopique de la matière. Son développement a vu le jour après celui de la thermodynamique. En ignorant délibérément le comportement microscopique des systèmes qu'elle se propose d'étudier, la thermodynamique doit "inventer" des grandeurs macroscopiques comme la température, la chaleur, l'entropie. . .Ces dernières rendent cohérente la description thermodynamique macroscopique de la matière.