Som nævnt i indledning er der termisk ligevægt, når temperaturerne er ens, så denne lighed kan bruges til at lave en statistisk definition af temperatur. Da differentialkvotienten har enheder af invers energi, er temperatur defineret som
:<math>\frac{1}{k_BT}\equiv\frac{\mathrm{d}\ln\Omega}{\mathrm{d}E}</math>
hvor <math>k_B</math> er [[Boltzmanns konstant]]. Jo hurtigere antallet af mikrotilstande ændrer sig med hensyn til energien, jo mindre er temperaturen.<ref name="blundell 33-36">{{cite book |last1= Blundell |first1= Stephen J. |author-link1= |last2=Blundell  |first2= Katherine M. |author-link2= |editor1-first= |editor1-last= |editor1-link= |others= |title= Concepts in Thermal Physics |url= https://archive.org/details/conceptsthermalp00blun_990 |edition= 1. |year= 2006 |publisher= Oxford University Press |location= |language= engelsk |isbn= 978-0-19-856770-7 |page= [https://archive.org/details/conceptsthermalp00blun_990/page/33 33]-36 |chapter= 4 Temperature and the Boltzmann factor}}</ref>
Matematik