Etter tilstrekkelig med kollisjoner, vil hastigheten på nøytron kunne sammenlignes med hastigheten av kjerner gitt av termisk bevegelse; dette nøytronet kalles da et termisk nøytron, og prosessen kan også kalles termalisering. Ved likevekt, og ved en gitt temperatur, er fordelingen av hastigheter (energier) forventet av stive kuler med elastisk spredning gitt av Maxwell-Boltzmanns fordelingslov. Dette er bare litt endret i en reell moderator på grunn av hastighetens (energiens) avhengighet av absorpsjonstverrsnitt av de fleste materialer, slik at nøytroner med lav hastighet er fortrinnsvis absorberet, slik at den sanne fordelingen av nøytronhastigheten i kjernen ville være litt varmere enn forutsett.