能被应用于任何处于热平衡的经典系统中。能量均分定理可用于推导经典理想气体定律，以及固体比热的杜隆-珀蒂定律。它亦能够应用于预测恒星的性质，因为即使考虑相对论效应的影响，该定理依然成立。尽管均分定理在一定条件下能够对物理现象提供非常准确的预测，但是当量子效应变得显着时（如在足够低的温度条件下），基于这一定理的预测就变得不准确。具体来说，当热能"kT"比特定自由度下的量子能级间隔要小的时候，该自由度下的平均能量及热容比均分定理预测的值要小。当热能比能级间隔小得多时，这样的一个自由度就说成是被“冻结”了。比方