На всем протяжении развития физики основным предметом ее изучения было строение вещества. На разных уровнях развития науки различны и основные представления о строении вещества. С развитием учения о тепловых явлениях в физике была создана молекулярно-кинетическая теория. Основополагающим положением этой теории является признание факта, что все вещества состоят из мельчайших частиц, называемых молекулами, которые находятся в состоянии непрерывного движения. Из-за очень малых размеров молекул (порядка 10 ^-8 см) их находится в веществе огромное количество. Например, всего 1 см³ воздуха при нормальных условиях содержит 2,7·10¹⁹ молекул. Поэтому применение законов механики для нахождения микроскопических характеристик такой макросистемы, то есть координат и импульсов каждой молекулы, совершенно бесперспективно. Для изучения макросистем нужны другие подходы.

Физические свойства систем, состоящих из колоссального числа частиц (атомов и молекул) составляет предмет изучения молекулярной физики.

Начиная изучение молекулярной физики и термодинамики, необходимо донести до учащихся следующие положения:

1. Для ответа на очень многие вопросы достаточно знать не поведение отдельных молекул, а только макроскопические параметры, характеризующие состояние всей системы. Такими параметрами являются, например, объем системы, ее масса, полная энергия. Если система находится в состоянии равновесия, то она характеризуется еще и такими параметрами, как давление и температура. Значения макроскопических параметров определяются не поведением отдельных молекул, а средним результатом, к которому приводит их совокупное движение, то есть средними значениями микроскопических параметров.

2. Задача молекулярно-кинетической теории состоит в том, чтобы установить связь макроскопических параметров системы со средними значениями микроскопических величин и дать способ вычисления этих средних значений на основе законов движения отдельных частиц. Такой подход справедлив для газовых систем. Так, например, для одного моля идеального газа молекулярно-кинетическая теория устанавливает связь между произведением двух макроскопических параметров - давления Р и молярного объема - и средним значением микроскопического параметра Е - кинетической энергии хаотического теплового движения одной молекулы:

,

(1)

где - постоянная Авогадро.

3. Исторически сложился и другой подход к изучению систем, состоящих из большого числа частиц, в которых установление связей между различными макроскопическими параметрами производится опытным путем. Например, для одного моля идеального газа из опыта устанавливается следующая связь между тремя макроскопическими параметрами - давлением, молярным объемом и термодинамической температурой газа:

,

(2)

В рамках термодинамики не раскрывается глубокий физический смысл макроскопических параметров системы, то есть их связь со средними значениями микроскопических параметров. Однако, благодаря именно этому обстоятельству, основные законы термодинамики, установленные на опыте, отличаются большой общностью и применимы ко всем макроскопическим системам независимо от особенностей их внутренней структуры.

4. Наиболее полные представления о свойствах систем большого числа частиц дает совместное использование термодинамики и статистической механики. Например, сравнение формул (1) и (2) дает возможность установить физический смысл макроскопического параметра - термодинамической температуры Т:

, - постоянная Больцмана,

, .