Un gas monoatómico es aquel cuyos átomos no están unidos entre sí.
Bajo condiciones normales de presión y temperatura (CNPT), todos los gases nobles son monoatómicos, además de los vapores metálicos.
Esto es especialmente cierto cuanto más rarificado esté el gas o a más alta temperatura se encuentren.
Este resultado es una consecuencia del teorema de equipartición de la energía, siendo los grados de libertad traslacionales los únicos generalmente accesibles y el espacio tridimensional, dicho teorema predice que la capacidad calorífica debería ser 3/2R.
Numéricamente las predicciones de la estadística mecánica clásica predicen para un gas monoatómico ideal los siguientes valores: donde R es la constante universal de los gases ideales.