Физический смысл постоянной Больцмана заключается в связи между энергией и температурой в системе. Постоянная Больцмана определяет соотношение между средней кинетической энергией молекул и температурой газа в системе.

Теоретически постоянную Больцмана можно определить из статистической механики, не прибегая к эксперименту. Например, в рамках распределения Максвелла-Больцмана для скоростей частиц можно вывести выражение для средней кинетической энергии молекул в газе. Постоянная Больцмана тогда определяется как отношение средней кинетической энергии к температуре системы.

Таким образом, постоянная Больцмана имеет фундаментальное значение для описания термодинамических процессов и связи между энергией и температурой в системах, и ее можно теоретически определить без необходимости проведения экспериментов.