正則系綜的重要數量，它決定瞭在正則系綜的最可幾分佈中，能量在體系間的分配方式。正則配分函數Q可用下式表示：

式中Wi代表能量，為Ei的體系的微觀狀態數，相當於體系處於Ei能級的簡並度；k為玻耳茲曼常數；T為熱力學溫度。正則系綜中各體系的能量可以有很多種分配方式，在滿足

的條件下(式中 N i為具有 E i的體系數，愛為系綜的總能量； N為體系總數)，利用概率論和拉氏未定乘因子法可以得出，在最可幾分配方式中，能量為 E i的體系在系綜中出現的幾率 P i為：

封閉恒容體系的各熱力學量的平均值也可由正則配分函數Q求出。亥姆霍茲函數的平均值

、平均能量 E、平均 熵 s為：

　　根據經典熱力學，在恒溫、恒容的封閉體系中，平衡態相當於A極小值的狀態。從A與lnQ的關系可以看出，A極小相當於lnQ極大，所以在正則系綜中，對於恒溫、恒容封閉體系可以用lnQ判斷過程進行的方向，即：

ζ為反應進度，等號表示平衡態，不等號表示自發過程。上式稱為正則系綜的第二定律表達式。