アンサンブル平均を統計力学的確率に基づき乱数を用いた数値解析より求める方法．単にモンテカルロ法と呼ばれることもある．アンサンブルの出現確率に従って原子配置を変化させ，物理量を各配置において求められる量の平均として評価する．カノニカルアンサンブル（原子数・体積・温度一定）のほか，NPT（原子数・圧力・温度一定）アンサンブルやμPT（化学ポテンシャル・圧力・温度一定）アンサンブルでもシミュレーションできる．ただし，分子動力学法とは異なり，原子の軌跡を時間を追って解析する方法ではない．