L'ouvrage introduit la démarche développée par les physiciens pour répondre à la question suivante : comment décrire les phénomènes collectifs (à l'échelle «  macroscopique  ») à partir des lois décrivant la dynamique élémentaire (à l'échelle «  microscopique  ») ?
Basée sur le langage probabiliste, la physique statistique permet par exemple de prédire les propriétés thermodynamiques d'un gaz à partir de la description mécanique du mouvement des atomes. Si l'objet initial de cette théorie fondamentale était de fonder les lois de la thermodynamique, son champ d'application est aujourd'hui si vaste (matière diluée, matière condensée, plasmas, astrophysique, chimie...) qu'il déborde les frontières de la physique (biologie, systèmes complexes...).
Ce cours, destiné aux étudiants  en Licence 3 et Master, présente la physique statistique des systèmes à l'équilibre. Une partie importante du cours est consacrée aux applications  sous forme d'exercices et problèmes corrigés  : propriétés thermodynamiques des gaz simples, étude de l'état solide, thermodynamique du rayonnement, condensation de Bose-Einstein, notions élémentaires sur les transitions de phases.