低圧の気体は連続体としてではなく，分子の集合として取扱わなければならない．このような気体を希薄気体といい，この気体の流れを扱う理論体系を希薄気体力学という．気体を扱うこの理論はあらゆるクヌッセン数で成立するが，クヌッセン数が0.01以下では通常の気体力学が成立するので，0.01以上に対して適用される．基礎方程式はボルツマン方程式と呼ばれ，外力が働かない単成分気体では\[\frac{{\partial \left( {nf} \right)}}{{\partial t}} + \boldsymbol{c} \cdot \frac{{\partial \left( {nf} \right)}}{{\partial \boldsymbol{x}}} = {n^2}\int {\int {\left( {f'{f_1}' - f{f_1}} \right)g\sigma d\Omega d{\boldsymbol{c}_1}} } \]ここで\(f\left( {\boldsymbol{c},\boldsymbol{x},t} \right)\)は速度分布関数，nは分子の数密度，cは分子の速度，xは座標，tは時間である．位置xにある体積dxに含まれ，速度が速度空間の位置cにある体積dcに含まれる分子の数はnfdxdcで与えられる．\(\partial /\partial \boldsymbol{x}\)はgradを表し，\(f' \equiv f\left( {\boldsymbol{c}',\boldsymbol{x},t} \right)\)，\({f_1}' \equiv f\left( {{\boldsymbol{c}_1}',\boldsymbol{x},t} \right)\)，\(\left( {\boldsymbol{c'},{\boldsymbol{c}_1}'} \right)\)は\(\left( {\boldsymbol{c},{\boldsymbol{c}_1}} \right)\)で衝突した分子の衝突後の速度，\(g = \left| {{\boldsymbol{c}_1} - \boldsymbol{c}} \right|\)，σは微分断面積，dΩは衝突後の相対速度\(\left( {{\boldsymbol{c}_1}' - \boldsymbol{c}'} \right)\)の方向の微小立体角である．ボルツマン方程式を解いて\(f\left( {\boldsymbol{c},\boldsymbol{x},t} \right)\)を求めると流れ場の流速Vと温度Tが求まり\[\boldsymbol{V} = \int {\boldsymbol{c}fd\boldsymbol{c},\,3RT = \int {{c^2}fd\boldsymbol{c} - {V^2}} } \]ここでRは単位質量当たりの気体定数である．