Ce livre présente la mécanique statistique et son articulation avec la thermodynamique, au niveau de la maîtrise de physique des Universités. La mécanique statistique est développée de façon progressive à partir du postulat fondamental microcanonique ; il est en effet important que les étudiants la perçoivent d'emblée comme une théorie fondamentale qui constitue l'un de piliers de la physique moderne. Des applications physiques illustrent et concrétisent au fur et à mesure les considérations théoriques (physique des gaz et des solides, transition liquide-vapeur, magnétisme, systèmes de particules chargées, rayonnement fossile à 3 kelvins, équations de Bolzmann...).

Un effort pédagogique constant a été réalisé pour rendre ces sujets accessibles aux étudiants du niveau choisi. Aucune connaissance préalable de la thermodynamique n'est indispensable, et les notions nécessaires de la mécanique quantique (qui sont rappelées dans un appendice) restent élémentaires. Certains passages, nettement délimités, se situent plutôt au niveau du troisième cycle, ils sont, cependant, totalement compréhensibles dans le contexte de cet ouvrage.

Le livre réunit deux parties distinctes mais imbriquées : six chapitres et des compléments. Les chapitres constituent un cours structuré, dont la compréhension ne nécessite la connaissance d'aucun des compléments. Les compléments sont de courtes monographies illustrant ou prolongeant le cours, indépendantes les unes des autres. Chaque ensemble chapitre compléments est suivi d'une série d'exercices groupés par thèmes et classés par ordre de difficulté croissante.