分子的熱運動，就是物體都由分子、原子和離子組成（水由分子組成，鐵由原子組成，鹽由離子組成），而一切物質的分子都在不停地運動，且是無規則的運動。分子的熱運動跟物體的溫度有關 （0℃的情況下也會做熱運動，內能就以熱運動為基礎），物體的溫度越高，其分子的運動越快。
懸浮微粒不停地做無規則運動的現象叫做布朗運動。 例如，在顯微鏡下觀察懸浮在水中的藤黃粉、花粉微粒可以看到這種運動，溫度越高，運動越激烈。它是1827年植物學家R.布朗首先發現的。作布朗運動的粒子非常微小，直徑約1~10納米， 在周圍液體或氣體分子的碰撞下，產生一種漲落不定的凈作用力，導致微粒的布朗運動。如果布朗粒子相互碰撞的機會很少，可以看成是巨大分子組成的理想氣體，則在重力場中達到熱平衡后，其數密度按高度的分布應遵循玻耳茲曼分布。J.B.佩蘭的實驗證實了這一點，并由此相當精確地測定了阿伏伽德羅常量及一系列與微粒有關的數據。