Die Statistische Mechanik war ursprünglich ein Anwendungsgebiet der Mechanik. Heutzutage wird der Begriff oft synonym zur statistischen Physik und zur statistischen Thermodynamik gebraucht und steht somit für die (theoretische und experimentelle) Analyse zahlreicher, fundamentaler Eigenschaften von Systemen vieler Teilchen (Atome, Moleküle, usw.). Unter anderem liefert die Statistische Mechanik eine mikroskopische Fundierung der Thermodynamik. Sie ist daher von großer Bedeutung für die Chemie, insbesondere für die Physikalische Chemie, in der man auch von Statistischer Thermodynamik spricht.