Andre ensemble kan utledes fra det mikrokanoniske ensemblet ved at man tar med i betraktning et termisk bad (eller reservoar) som systemet kan utveksle energi med. Da blir ikke lenger energien konstant eller entropien maksimal i likevekt og andre størrelser kommer da i stedet som frie energier. De to mest vanlige ensembler er kanonisk ensemble, som beskriver et system med konstant temperatur og volum og som utveksler energi med omgivelsene, og storkanonisk ensemble, som har konstant temperatur og trykk og som kan utveksle energi og partikler med omgivelsene.