量子統計力學，量子力學為基礎的統計力學，稱為量子統計力學。經典統計力學以經典力學為基礎，因而經典統計力學也具有局限性。例如：隨著溫度趨於絕對零度，固體的熱也趨於零的實驗現象，就無法用經典統計力學來解釋。
在宏觀世界中，看起來相同的物體總是可以區別的，在
微觀世界中，同一類
粒子卻無法區分。例如：所有的電子的一切性質都完全一樣。在宏觀物理現象中，將兩個宏觀物體交換，就得到一個和原來狀態不同的狀態，進行統計時必須將交換前和交換后的狀態當作兩個不同的狀態處理；但是在一個物理系統中，交換兩個電子后，得到的還是原來的狀態，因此進行統計時，必須將交換前和交換后的狀態當作同一個狀態來處理。
根據微觀世界的這些規律改造經典統計力學，就得到量子統計力學。應用量子統計力學就能使一系列經典統計力學無法解釋的現象，如黑體輻射、低溫下的
固體比熱窖、固體中的電子為什麼對比熱的貢獻如此小等等，都得到了合理的解釋。