Un conjunto estadístico es una colección de un gran número (hasta un infinito) de instancias de un sistema físico de partículas que se encuentran en los mismos estados macroscópicos; en este caso, los estados microscópicos de los sistemas pueden diferir, pero para todo el conjunto el estado macroscópico es el mismo, excepto por pequeñas fluctuaciones despreciables. En otras palabras, un conjunto de sistemas de partículas considerado por la mecánica estadística para describir uno de los sistemas incluidos en ella. El concepto fue propuesto por Gibbs en 1902 .
Ejemplos:
El significado físico lo adquiere la función de distribución del sistema sobre el conjunto estadístico, es decir, la distribución de la probabilidad de que el sistema se encuentre en uno u otro estado físico. Por lo general, se consideran distribuciones de equilibrio que describen sistemas físicos que están en equilibrio termodinámico con el medio ambiente. En general, cualquier sistema físico puede estar en un estado de no equilibrio.