玻耳兹曼把麦克斯韦速率分布律推广到气体分子在任意力场中运动的情形。在麦克斯韦分布律中，指数项只包含分子的动能，这是考虑分子不受外力场影响的情形。当分子在保守力场中运动时，玻耳兹曼认为应以总能量代替麦克斯韦分布律指数项中的。此处是分子在力场中的势能。由于势能一般随位置而定，分子在空间的分布将是不均匀的，所以这时我们应该考虑这样的分子，不仅它们的速度限定在一定速度间隔内，而且它们的位置也限定在一定的坐标间隔内。玻耳兹曼所作的计算表明：气体处于平衡状态时，在一定温度下，在速度分量间隔（，，）和坐标间隔（，，）内的分子数为

        

式中表示在处单位体积内具有各种速度值的总分子数。这个公式叫做玻耳兹曼分布律。

如果把上式对位置积分，就可得到麦克薪韦速率分布律，这是显然的，因为玻耳兹曼分布是由麦克斯韦速率分布推广得来的。如果把上式对速度积分，并考虑到分布函数应该满足归一化条件：

        

那么，玻耳兹曼分布律也可写成如下常用形式：

        

它表明分子数是如何按位置而分布的。与不同，此处的是分布在坐标间隔（，，)内具有各种速率的分子数。显然，比大得多。

玻耳兹曼分布律是个重要的规律，它对实物微粒（气体、液体、固体分子、布朗粒子等）在不同力场中运动的情形都是成立的。