Stavová rovnice ideálního plynu vyjadřuje vzájemný vztah mezi termodynamickou teplotou T, objemem V, tlakem p a látkovým množstvím n. Termodynamická soustava musí být v rovnovážném stavu. Obecně můžeme za stavovou rovnici považovat každý vztah vyjadřující závislost vnitřních a vnějších parametrů soustavy. Látkové množství můžeme nahradit například hmotností m. Stavová rovnice se nejběžněji uvádí pro 1 mol.

Pro odvození rovnice využijeme vzahy známé z předešlých kapitol. Využijeme vztah pro střední kvadratickou rychlost molekul a pro střední tlak plynu. Dosadíme-li do výrazu pro tlak

dostaneme tvar stavové rovnice:

pV = NkT

Počet molekul je definován vztahem N = nN_A, kde N_A je Avogardova konstanta (N_A = 6,022 × 10²³ mol^-1). Potom obdržíme další možný tvar stavové rovnice

pV = nN_AkT

Součin Boltzmannovy a Avogardovy konstanty nahradíme konstantou novou. Značíme ji R a nazývá se molární plynová konstanta R.

R = 8,314 J/(K ^.mol).

Stavová rovnice ideálního plynu pro látkové množství n tak dostává konečný tvar

pV = nRT

Stavová rovnice ideálního plynu byla nejprve sestavena pouze na základě experimentů. Dokázána odvozením byla mnohem později a to díky molekulové fyzice.