Експериментально постійну Больцмана можна визначити за допомогою закону теплового випромінювання Планка, що описує розподіл енергії у спектрі рівноважного випромінювання за певної температури випромінюючого тіла, а також іншими методами.
У молекулярно-кінетичній теорії газів постійну Больцмана часто вводять як відношення універсальної газової постійної до Авогадро: k = R/N0.
Універсальна газова постійна — константа, чисельно рівна роботі розширення одного моля ідеального газу в ізобарному процесі зі збільшенням температури на 1 К. постійної Больцмана на число Авогадро.
Чим швидше рухаються молекули, тим вища температура. де m і v – відповідно маса і середня швидкість руху молекул газу, Т – температура газу (за абсолютною шкалою Кельвіна), а k – постійна Больцмана.