Vật lý phân tử là một phần của vật lý nghiên cứu các tính chất vật lý của các vật, các tính chất đặc thù của tập hợp các trạng thái của vật và nghiên cứu các quá trình chuyển pha phụ thuộc vào cấu trúc phân tử của các vật, phụ thuộc vào lực t−ơng tác của các phân tử và tính chất chuyển động nhiệt của các hạt.
Nhiệt học (hoặc ở phạm vi sâu hơn là Nhiệt động lực học) nghiên cứu các tính chất vật lý của hệ vĩ mô (vật thể và tr−ờng) trên cơ sở phân tích những biến đổi năng l−ợng có thể có của hệ mà không tính đến các cấu trúc vi mô của chúng. Cơ sở của Nhiệt động lực học là ba định luật thực nghiệm, hay còn gọi là các nguyên lý nhiệt động.
Nghiên cứu vật lý phân tử và nhiệt học tạo một b−ớc chuyển mới trong hoạt động nhận thức của học sinh. Chất l−ợng mới của các hiện t−ợng nhiệt đ−ợc giải thích bằng hai sự kiện: Cấu trúc gián đoạn của vật chất và số rất lớn các hạt t−ơng tác (phân tử, nguyên tử...). Bởi vậy, việc giải thích các hiện t−ợng đòi hỏi phải đ−a ra một loạt khái niệm mới: Các đại l−ợng trung bình, sự cân bằng nhiệt, nhiệt độ, nội năng, nhiệt l−ợng... Ngoài các quy luật mang tính động học, hệ nhiều hạt còn bị các quy luật khác chi phối, đó là các quy luật mang tính thống kê. Ngoài ph−ơng pháp thống kê, một ph−ơng pháp khác của vật lý học - ph−ơng pháp nhiệt động lực học cũng sẽ đ−ợc áp dụng để giải thích các hiện t−ợng nhiệt. Trên cơ sở của ph−ơng pháp thống kê, xuất phát từ cấu trúc gián đoạn của vật chất, dựa vào thuyết động học phân tử để giải thích hiện t−ợng. Các hiện t−ợng đó cũng có thể đ−ợc giải thích dựa vào các nguyên lý của nhiệt động lực học. Việc áp dụng tổng hợp ph−ơng pháp nhiệt động lực học và ph−ơng pháp thống kê có ý nghĩa sâu sắc trong dạy học và cả trong nghiên cứu khoa học.
Việc sắp xếp trình bày nội dung của phần vật lý phân tử và nhiệt học là một trong những phần phức tạp nhất về mặt ph−ơng pháp. Cho đến nay vẫn ch−a có ý kiến thống nhất giữa các nhà ph−ơng pháp và tác giả sách giáo khoa về cấu trúc và về trật tự nghiên cứu vấn đề này. Nên bắt đầu từ đâu? Từ thuyết động học phân tử để giải thích các hiện t−ợng nhiệt trên cơ sở hiểu biết về chuyển động và t−ơng tác của các hạt hay là sử dụng ph−ơng pháp nhiệt động lực học để giải thích hiện t−ợng ở mức độ vĩ mô?
Có nhiều ý kiến cho rằng trong ch−ơng trình vật lý phổ thông, vật lý phân tử và nhiệt học nên đ−ợc nghiên cứu song song, điều đó có cơ sở s− phạm. Tính chất đàn hồi cơ học và tính chất nhiệt của vật thể, kể cả sự biến đổi trạng thái (sự chuyên pha) của vật chất phụ thuộc vào cấu trúc vật chất và sự t−ơng tác giữa các hạt. Các hiện t−ợng vĩ mô cần đ−ợc giải thích ngay bằng thuyết động học phân tử.
Theo cách trình bày truyền thống ở nhiều n−ớc, ch−ơng trình vật lý phân tử và nhiệt học ở tr−ờng phổ thông th−ờng bao gồm ba nhóm vấn đề: Các hiện t−ợng nhiệt, các định luật thực nghiệm chất khí, thuyết động học phân tử; Các nguyên lý của nhiệt động lực học; Tính chất của các chất (khí, lỏng, rắn).