分子模擬/熱力學系綜
整個宇宙都受熱力學定律的支配，能量在物質之間傳遞。這個過程太複雜，無法直接考慮，而是考慮了一些簡化方法，其中宇宙的一部分（即系統）與周圍環境分開考慮。系統包含正在考慮的過程或熱力學狀態，而周圍環境包含所有其他事物。
系統可以用系綜來描述，也稱為統計系綜，它是一種理想化，包含大量系統的副本，同時考慮所有副本，每個副本都代表真實系統可能處於的一種可能狀態。熱力學系綜是一個處於統計平衡的統計系綜。它提供了一種方法，可以從經典力學和量子力學的定律推匯出真實熱力學系統的性質。
我們可以考慮不同系統與其周圍環境的不同分離程度，從完全隔離（例如微正則系綜）到完全開放與其周圍環境（例如巨正則系綜）。但是，出於分子模擬的目的，只考慮三種主要系綜。即微正則系綜、正則系綜和等溫等壓系綜。
微正則系綜是一個完全與其周圍環境隔離的系統。系統與周圍環境之間沒有能量或物質的傳遞，系統的體積保持固定。換句話說，這是一個物理系統，其中粒子總數 (N)、總體積 (V) 和總能量 (E) 是常數。微正則系綜通常簡稱為 NVE。
系統的總能量是常數，但微正則系綜沒有定義的溫度。溫度只能為與周圍環境相互作用的系統定義。孤立系統，如微正則系綜，只能用其組成、體積和總能量來描述。在統計力學中，微正則系綜用於表示具有指定總能量的系統的可能狀態。
在正則系綜中，系統的體積是固定的，能量可以在系統和周圍環境之間的邊界上傳遞，但物質不能傳遞。我們可以將系統描述為浸沒在溫度 (T) 為熱浴中，其中熱浴遠大於系統。系統釋放的任何熱量都不會顯著提高周圍環境的溫度。正則系綜適用於任何大小的系統；雖然有必要假設熱浴的相對大小非常大，但系統本身可以是小的或大的。現在，由於系統和周圍環境處於熱接觸，系統將與周圍環境之間傳遞熱量 (q)，直到它們達到熱平衡。因此，與微正則系綜不同，正則系綜的溫度可以是一個確定的常數 (T)。這種系綜通常用粒子數、總體積和溫度 (NVT) 保持不變來表示。
正則系綜是一個統計力學系綜，它代表了一個機械系統在與某一固定溫度的熱浴處於熱平衡時的可能狀態。系統可以與熱浴交換能量，因此係統的狀態只會因總能量而異。在微正則系綜中，總能量是固定的，但在正則系綜中，能量不再是常數。它可以根據溫度採取一系列值。正則系綜在試圖描述系統的亥姆霍茲自由能時非常重要，亥姆霍茲自由能是系統在恆定體積 (V) 和溫度 (T) 下可以做的最大功。
在等溫等壓系綜中，能量可以跨越邊界傳遞，但物質不能傳遞。系統的體積可以改變，使得系統的內部壓力與周圍環境施加在系統上的壓力相匹配。與正則系綜類似，我們可以將等溫等壓系綜描述為浸沒在溫度 (T) 為熱浴中的系統，其中熱浴遠大於系統。系統釋放的任何熱量都不會顯著提高周圍環境的溫度。
等溫等壓系綜是一個統計力學系綜，它保持恆定的粒子總數，以及恆定的溫度 (T) 和壓力 (p)，通常簡稱為 NpT。這種系綜在化學中起著重要作用，因為大多數重要的化學反應是在恆定壓力條件下進行的。等溫等壓系綜在試圖描述系統的吉布斯自由能時也很重要，吉布斯自由能是系統在恆定壓力 (p) 和溫度 (T) 下可以做的最大功。
