分子运动论（又称气体动理论或分子动理论）是描述气体为大量做永不停息的随机运动的粒子（原子或分子，物理学上一般不加区分，都称作分子）。

快速运动的分子不断地碰撞其他分子或容器的壁。分子动理论就是通过分子组分和运动来解释气体的宏观性质，如压强、温度、体积等。分子动理论认为，压强不是如艾萨克·牛顿猜想的那样，来自分子之间的静态排斥，而是来自以不同速度做热运动的分子之间的碰撞。分子太小而不能直接看到。显微镜下花粉颗粒或尘埃粒子做的无规则运动——布朗运动，便是分子碰撞的直接结果。这可以作为分子存在的证据。

理想气体动理论建立在如下假设之上：

• 气体由大量小粒子组成，这些小粒子称之为分子。分子之间的距离远远大于自身的大小。

• 所有分子都具有相同的质量。

• 分子数量巨大，可以进行统计处理。

• 分子做着不息的快速的随机运动。

• 分子不断彼此碰撞，或与容器器壁进行碰撞，这些碰撞都是弹性碰撞。

• 除了碰撞之外，分子之间的相互作用可以忽略。

• 气体分子平均平动动能只依赖于系统温度。

• 分子与容器器壁的碰撞时间远远小于两次碰撞间隔时间。

• 分子具有质量，会受到万有引力的影响。

分子动理学的现代理论建立在路德维希·玻尔兹曼方程的基础之上，对以上假设有所放宽，并将分子体积考虑进去，因此可以精确描述稠密气体。分子动理学的现代理论仍然要考虑的假设有，分子混沌性假设，忽略量子效应。如果气体比较稠密，本体性质只有小的梯度，可以应用维里展开的方法研究，这方面的理论参见查普曼和恩斯克格的专著。对于稀薄气体，本体性质的梯度与分子的平均自由程相比较，这种情况叫克努森区，可以对克努森数展开来研究。

人类早在公元前5世纪就开始思考物质的结构问题。古希腊时期著名的朴素唯物主义哲学家德谟克利特就提出，物质是由不可分的原子构成的。这种思想在数个世纪都深刻的影响着人们的世界观。17世纪科学革命以来，自然科学得到了突飞猛进的进步，特别是热力学的突破性发展，使人们重新思考物质的结构问题。皮埃尔·伽桑狄、罗伯特·胡克、雅各布·伯努利等科学家的研究表明，物质的液体、固体、气体三种状态的转变是因为分子之间作用的结果，特别是气体的压力源于气体分子与器壁碰撞，从而导出了玻意耳-马略特定律。

1738年，丹尼尔·伯努利发表著作《流体力学》，为气体动理论的基础。在这一著作中，伯努利提出，气体是由大量向各个方向运动的分子组成的，分子对表面的碰撞就是气压的成因，热就是分子运动的动能。但是，伯努利的观点并没有被立即接受，部分原因是，能量守恒定律当时还没有建立，分子之间为弹性碰撞也不是那么显而易见。1744年米哈伊尔·罗蒙诺索夫第一次明确提出热现象是分子无规则运动的表现，并把机械能守恒定律应用到了分子运动的热现象中。1856年，奥古斯特·克罗尼格提出了一个简单的气体动理论，他只考虑了分子的平动。1857年，鲁道夫·克劳修斯提出一个更复杂的气体动理论，除了分子的平动，他还考虑了分子的转动和振动。他还引入了平均自由程的概念。1859年，詹姆斯·麦克斯韦在克劳修斯工作的基础上，提出了分子麦克斯韦速度分布率。这是物理学史上第一个统计定律。1871年，路德维希·玻尔兹曼推广了麦克斯韦的工作，提出了詹姆斯·麦克斯韦玻尔兹曼分布。

直到20世纪初，很多物理学家仍然认为原子只是假想，并非实在的。直到1905年阿尔伯特·爱因斯坦和1906年马利安·斯莫鲁霍夫斯基关于布朗运动的论文发表之后，物理学家才放弃此想法。他们的论文给出了分子动理论的准确预言。

分子运动论使人类正确认识到了物质的结构组成和运动的一般规律，成功解释了诸如布朗运动等现象，并成为物理学中其他理论，甚至很多其他学科的理论基础。