Дослідженням різних властивостей тіл і змін стану речовини займається також термодинаміка. На відміну від молекулярної фізики вона розглядає макроскопічні (макро-фізичні) властивості тіл і явищ природи без урахування особливостей їх внутрішньої будови. Такий метод вивчення властивостей тіл і їх змін називають термодинамічним. В основі термодинаміки лежать кілька фундаментальних законів (начал термодинаміки), встановлених у результаті узагальнення великої кількості спостережень і дослідів над досить великими (макроскопічними) тілами.

Особливо ефективним виявилося застосування термодинамічного методу в теплотехніці, газодинаміці та ракетній техніці.

Розглядаючи властивості тіл і їх зміни з двох різних точок зору — мікроскопічної і макроскопічної, молекулярна фізика і термодинаміка взаємно доповнюють одна одну.

Досягнення молекулярної фізики широко використовуються в інших науках про природу. Зокрема, з її успіхами нерозривно пов'язаний розвиток хімії і біології.

У процесі розвитку в молекулярній фізиці виділився ряд самостійних розділів, наприклад: фізична хімія, фізична кінетика, молекулярна біологія, фізика твердого тіла. Основні уявлення молекулярної фізики використовуються у таких спеціальних галузях науки, як фізика металів, полімерів і плазми, кристалофізика, фізико-хімічна механіка. Молекулярна фізика становить наукову основу сучасного матеріалознавства, вакуумної технології, порошкової металургії тощо. Саме за її допомогою створені нові матеріали із заданими фізичними (механічними, тепловими, електричними, магнітними, оптичними) властивостями. Такими матеріалами є різні сплави, пластмаси, кераміка, бетон, напівпровідникові матеріали, скло тощо. Великий успіх сучасної фізики — синтезування штучного алмазу та інших надтвердих матеріалів.

Досягнення молекулярної фізики і термодинаміки покладені в основу створення сучасних теплових двигунів, холодильних установок і апаратів для одержання рідких газів; вони сприяють дальшому розвитку метеорології — науки про погоду.