Mekanik statistik ialah penggunaan statistik (termasuk alat-alat matematik untuk populasi besar) untuk bidang mekanik yang berkenaan dengan gerakan zarah-zarah atau objek-objek yang ditekan oleh sesuatu daya.Mekanik statistik membekalkan rangka kerja untuk mengaitkan sifat-sifat atom dan molekul yang mikroskopik dengan sifat-sifat bahan pukal yang boleh diperhatikan dalam kehidupan harian. Oleh itu, mekanik statistik menerangkan termodinamik pada tahap mikroskopik melalui hasil statistik dan mekanik. Khususnya, mekanik statistik juga boleh digunakan untuk mengira sifat termodinamik untuk bahan-bahan pukal berdasarkan data spektroskop molekul.Kebolehan ini untuk membuat ramalan-ramalan makroskopik berdasarkan sifat-sifat mikroskopik menyebabkan mekanik statistik mempunyai kelebihan berbanding dengan bidang termodinamik. Kedua-dua teori ini dikuasai oleh hukum termodinamik kedua melalui perantara entropi. Bagaimanapun, entropi dalam bidang termodinamik hanya boleh diketahui secara empirik, manakala dalam mekanik statistik, entropi merupakan satu fungsi taburan sistem pada keadaan-keadaan mikro.