Термодинами́ческая вероя́тность (статистический вес), число способов $W,$ которыми можно реализовать данное макроскопическое состояние физической системы. Поскольку $W > 1,$ термодинамическая вероятность не является вероятностью в обычном смысле. Термодинамическая вероятность связана с энтропией соотношением Больцмана: $S=k\ln W$ ($k$ – постоянная Больцмана). В случае идеальных газов термодинамическая вероятность легко вычисляется. Величина энтропии и, следовательно, термодинамическая вероятность зависят от типа статистики, которой подчиняются частицы (статистика Больцмана, статистика Бозе – Эйнштейна, статистика Ферми – Дирака).

Для реальных систем термодинамическую вероятность можно оценить по величине статистической суммы $Z$; например, для канонического распределения Гиббса $S=- (\partial F/\partial T)_{V,N},$ где $F$ – энергия Гельмгольца, $V$ – объём системы, содержащей $N$ частиц. Когда число $N$ велико, термодинамическая вероятность становится очень большой; в термодинамическом пределе (энергия $ℰ→∞, N→∞ , ℰ /N→\text{const})$ термодинамическая вероятность экспоненциально растёт с увеличением $N.$