Распределение Больцмана используется в следующих ситуациях:

• Описание распределения частиц (атомов или молекул) по доступным им энергетическим состояниям. 45 Распределение показывает, что состояния с более низкой энергией всегда будут иметь более высокую вероятность быть занятыми, чем состояния с более высокой энергией. 4
• Расчёт концентрации газа, находящегося в равновесном состоянии во внешнем силовом поле. 3 При этом поле не должно быть обязательно гравитационным, а может иметь любое происхождение, в частности, быть электростатическим или полем сил инерции. 3
• Применение в спектроскопии для описания спектральных линий атомов или молекул, связанных с переходами из одного состояния в другое. 4