لقد حذرت من قبل من أن غض الطرف عن الجوانب الرياضية في مناقشتنا للديناميكا الحرارية الإحصائية ربما يجعل عرضنا للموضوع يبدو قاصرًا بعض الشيء. ورغم ذلك، آمل أن يكون قد اتضح أن هذا الفرع من الكيمياء الفيزيائية يمثل حقا حلقة وصل بين خواص الجزيئات وخواص المادة بحجمها الطبيعي ومن ثَم يمثل جزءًا أساسيا في بنية الكيمياء الفيزيائية.

شكل 3–3: (أ) عند درجة حرارة معينة يحدث توزيع بولتزمان على نطاق حالات طاقة المواد المتفاعلة والنواتج ؛ (ب) عند رفع درجة الحرارة في ذلك التفاعل الطارد للحرارة، يُشغل الكثير من الحالات المرتبطة بالمواد المتفاعلة ذات الطاقة الأعلى، مما يكافئ حدوث تحول في حالة الاتزان لصالح المواد المتفاعلة.

في المقام الأول، تجمع الديناميكا الحرارية الإحصائية بين مبحثين عظيمين؛ الأول، مبحث ميكانيكا الكم ودورها في التحكم في بنى الجزيئات الفردية، والثاني مبحث الديناميكا الحرارية الكلاسيكية ودورها في استخدام خواص المادة بحجمها الطبيعي. وكما أكدت، تستطيع الديناميكا الحرارية مبدئيًا أن تنأى بنفسها عن أي تفسير جزيئي؛ غير أنها تزداد ثراءً على نحو غير محدود عند تفسير خواص المواد التي تتعامل معها فيما يتعلق بسلوك الجزيئات. علاوة على ذلك، من شأن عالم الكيمياء الفيزيائية أن يعتبر الفهم قاصرًا ما لم تُفسر خواص المادة بحجمها الطبيعي (التي تتضمن التفاعلات الكيميائية التي تشارك فيها) من حيث الجانب الجزيئي.

بالإضافة إلى ذلك، تُعد الكيمياء الفيزيائية فرعًا كميًّا من الكيمياء (إنه ليس بالطبع الفرع الوحيد الذي يتصف بهذا، وإنما هو فرع يحظى فيه التحليل الكمي والاستنتاجات الرقمية بأهمية قصوى والديناميكا الحرارية الإحصائية تقع في قلب هذا النهج الكمي؛ إذ على الرغم من أنه يمكن تقديم توقعات عامة حول التغيرات في الطاقة والإنتروبي، فيمكن أن توفر الديناميكا الحرارية الإحصائية الأدوات التي تجعل هذه التوقعات دقيقة رقميًا.