统计平衡（statistical equilibrium）是指当组成系统的子系按微观运动状态的分布等于给定宏观条件下的最概然分布时系统所处的状态。

由N个质量为m的气体分子组成的气体，一般地说，达到平衡态的气体中分子出现按速率的某一种分布是一种偶然事件，因为只要系统总粒子数和总的平均能量恒定的条件得到满足，一切分布都是可能出现的，包括像所有N粒子都处于某一个速度范围内的这样一种非常极端的分布，差别只在于发生各种分布的概率的不同，发生概率最大的分布称为最概然分布。麦克斯韦速度（或速率）分布就是气体分子质量为m、温度为T的平衡态气体中实现的分子按速度（或速率）的最概然分布。这就是说，假若能够精确测定任一时刻所有N个分子的速率的数值，则在一定的时间间隔内测得的气体分子满足麦克斯韦速度分布律的次数，将远大于按其他速度分布的次数。当气体分子数N非常大时（如等于1023/摩尔的数量级），任一种可能的气体分子按速度的分布的概率相对于最概然分布的概率变得非常小，以致这些分布对实验上可观测的平均分布的贡献变得可忽略时，其平均分布就非常接近最概然分布。当气体分子数为无穷大时，实验上观测到的平均分布就是最概然分布。在实际问题中，气体的分子数不可能等于无穷，故实验观测到的分布将或多或少地偏离最概然分布。这些偏离导致了宏观量的涨落，所以有时也就直接把这些偏离叫作涨落。宏观量是相应微观量的统计平均值。达到平衡态时，系统的宏观状态参量是对最概然分布的作统计平均的结果。因此，对在最概然分布附近涨落的分布求统计平均的结果必然会在宏观量附近起伏，这就是涨落的起因。

与统计平衡状态相应的宏观态就是平衡态。它是一种实现了力学平衡、热平衡和化学平衡的热动平衡，故达到平衡态的热力学系统的状态参量就有了确定的数值和意义。从微观看，热力学系统的热动平衡是通过组成系统的微观粒子之间频繁的碰撞或相互作用加以建立和维持的。达到平衡态时粒子之间的数密度、动量和能量的交换 ，是如此之充分和完全，以致系统达到一种在给定的宏观条件下最为无序、最为混乱和无规则的运动状态。气体中分子间的碰撞遵循细致平衡原理：若有速度分别界于v～v+dv和v1～v1+dv1内的两个分子，经正元碰撞过程(v,v1)→(v′,v1′)，速度分别变为v′～v′+dv′和v1′～v1′+dv1′，则从整体讲，气体中必有逆元过程 (v′,v1′)→(v,v1)，抵消正元过程的影响。故细致平衡原理要求，在宏观可观测的时间间隔内，在气体的任意局域的任意方向上有相同多的分子在运动；每个方向上，离开和进入该局域的同一速率的气体分子数目相等，从而使得在系统中不可能存在任何宏观的定向的有规则的流。所以，系统在宏观上建立的平衡态是一种统计平衡状态，它是由微观上实现的细致平衡加以保证和维持的。