الديناميكا الحرارية الاحتمالية مجال صاعد في أبحاث الميكانيكا الإحصائية يستخدم متغيرات احتمالية لدراسة ديناميكا اللاتوازن الموجودة في الأنظمة الصغرية (الميكروية) كالجسيمات المتصادمة، والبوليمرات الحيوية (كالحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (الدنا) والحمض النووي الريبوزي (الرنا) والبروتينات)، والإنزيمات، والمحركات الجزيئية، والعديد من الأنواع الأخرى من الأنظمة.