物质的分子原子结构学说是气体动理论的重要基础之一。按照物质结构理论，自然界所有物体都由许多不连续的、相隔一定距离的分子组成，而分子则由更小的原子组成、所有物体的原子和分子都处在永不停息的运动之中。实验告诉我们，热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现，因此人们把大量分子的无规则运动叫做分子热运动。布朗(R．Brown)在1827年，用显微镜观察到浮悬在水中的植物颗粒（如花粉等），不停地在作纷乱的无定向运动，这就是所谓布朗运动。

分子热运动的基本特征是分子的永恒运动和频繁的相互碰撞。显然，具有这种特征的分子热运动是一种比较复杂的物质运动形式，它与物质的机械运动有本质上的区别。因此，我们不能简单地用力学方法来解决它。如果我们想追踪气体中某个分子的运动，那么，我们将看到它忽而东，忽而西，或者上，或者下，有时快，有时慢。对它列出运动方程是很困难的。而且，在大量分子中，每个分子的运动状态和经历（状态变化的历程）都可以和其他分子有显著的差别，这些都说明了分子热运动的混乱性或无序性。

尽管个别分子的运动是杂乱无章的，但就大量分子的集体来看，却又存在着一定的统计规律，这是分子热运动统计性的表现。例如，在热力学平衡状态下，气体分子的空间分布，按密度来说是均匀的。据此，我们假设：分子沿各个方向运动的机会是均等的，没有任何一个方向上气体分子的运动比其他方向更占优势。也就是说，沿着各个方向运动的平均分子数应该相等，分子速度在各个方向上的分量的各种平均值也应该相等。气体分子数目愈多，这个假设的准确度就愈高。当然，这并不意味着我们所假设的分子数目的精确度能达到一个分子。由于运动的分子的数目非常巨大，如果该数目有几百个，甚至有几万个分子的偏差，在百分比上仍是非常微小的。这一切说明分子热运动除了具有无序性外，还服从统计规律，具有鲜明的统计性。两者的关系十分密切。

每一个运动着的分子或原子都有大小、质量、速度、能量等，这些用来表征个别分子性质的物理量叫做微观量。一般在实验中测得的是表征大量分子集体特征的量，叫做宏观量。气体的温度、压强、热容等就是宏观量。分子热运动的无序性和统计性，使我们认识到，在气体动理论中，必须运用统计方法，求出大量分子的某些微观量的统计平均值，并用以解释在实验中直接观侧到的物体的宏观性质。用对大量分子的平均性质的了解代替个别分子的真实性质，这是统计方法的一个特点。与这个特点密切相关的统计方法的另一个特点是起伏现象的存在。