W przykładzie Średnia droga swobodna-Średnia droga swobodna i liczba zderzeń posługiwaliśmy się pojęciem prędkości średniej cząsteczek gazu. Jednak każdy gaz ma charakterystyczny rozkład prędkości, który zależy od temperatury. Cząstki nie mogą mieć takich samych prędkości bo przecież ich prędkości zmieniają się w wyniku zderzeń. Clerk Maxwell podał prawo rozkładu prędkości cząsteczek, które dla gazu zawierającego \( N \) cząsteczek ma postać

Funkcja \( N(v) \) określa prawdopodobieństwo, że w temperaturze \( T \), \( dN \) spośród wszystkich \( N \) cząsteczek ma prędkości zawarte w przedziale od \( v \) do \( v + d v \); \( k \) jest stałą Boltzmana, a \( m \) masą cząsteczki. Całkowitą liczbę cząsteczek można zatem obliczyć, dodając (tj. całkując) liczby cząstek dla poszczególnych różniczkowych przedziałów prędkości \( dv \)

Na Rys. 1 pokazany jest rozkład Maxwella prędkości dla dwóch różnych temperatur; gdzie zaznaczono prędkość średnią, prędkość średnią kwadratową i prędkość najbardziej prawdopodobną.

Zauważmy, że krzywa rozkładu nie jest symetryczna, bo dolny limit (najmniejsza prędkość) równy jest zeru, podczas gdy górny nieskończoności. Ze wzrostem temperatury rośnie prędkość średnia kwadratowa. Obszar prędkości jest teraz większy. Ponieważ liczba cząstek (pole pod krzywą) jest stała więc rozkład się "rozpłaszcza". Wzrost, wraz z temperaturą, liczby cząstek o prędkościach większych od danej tłumaczy wiele zjawisk takich jak np. wzrost szybkości reakcji chemicznych towarzyszących zwiększeniu temperatury. Ponadto rozkład prędkości zależy od masy cząsteczek. Im mniejsza masa tym więcej szybkich cząsteczek (w danej temperaturze). Dlatego na przykład wodór łatwiej ucieka z górnych warstw atmosfery niż tlen czy azot.