了对均分定理是否有效的质疑。定理预测简单单原子气体的摩尔比热容应约为3 cal/(mol·K)，而双原子气体则约为7 cal/(mol·K)。实验验证了预测的前者，但却发现双原子气体的典型摩尔比热容约为5 cal/(mol·K)，并于低温时下跌到约3cal/(mol·K)。詹姆斯·克拉克·麦克斯韦于1875年指出实验与均分定理的不合比这些数字暗示的要坏得多；由于原子有内部部份，热能应该走向这些内部部分的运动，使得单原子及双原子的比热预测值比3 cal/(mol·K)7 cal/(mol·K)要高得多。