原子分子的热运动应该是最普遍的自然过程，它主宰着各种物体物理化学特性的演化。因此理论预测这种演化速率具有十分普遍的科学技术意义，是理解和设计普通（热环境下）化学反应的基础，涉及各种材料的生长过程及服役过程，生命体中原子的输运过程以及全球气候的演变历程，等等。1889年，瑞典化学家根据实验现象总结出了描写热化学反应速率的Arrhenius定律，在此基础上科学家于上世纪中叶建立了过渡态理论(Transition State Theory)，实质性的提高了关于热原子反应过程的预测能力。然而，近些年来人们在很多体系中发现了上述理论与实验观测的明显偏差，为此科学家进行了多方面的理论尝试，但尚未获得理想的可简易操作的理论方法。　　本文率先论证了实际气体以及凝聚态物体中原子的速率分布仍然满足理想气体原子的麦克斯韦分布规律，在此基础上建立了一个基于单原子统计的理论模型用以预测热原子反应速率，其工作过程简便易行，可基于电子水平的从头计算结果进行预测而无需引入其他经验参数。为了与已有理论模型进行比较，本文应用新模型具体研究了以下过程:　　1.晶体表面原子Pt、Cu、Ar的自扩散:首先应用经典分子动力学(MD)大量模拟了这些自扩散过程，由此在大量统计的水平上获得了自扩散速率R随温度T变化的R-T曲线，或者，采集已有的实验观测R-T曲线;然后将这些R-T曲线与新模型以及已有模型所预测的结果进行了比较，表明新模型明显优于传统的过渡态理论，特别是揭示了过渡态理论中的反应势垒与实际反应势垒的显著差别，该差别对于高温区反应速率的影响尤为显著。　　2.双分子反应（H2+CN(→)HCN+H）和C60异构化反应:应用新模型和过渡态理论，分别拟合了H2+CN(→)HCN+H反应的实验R-T曲线，前者给出的反应势垒为0.27eV，后者则为0.06eV，而前人基于量子力学关于反应势垒的专门计算所给出的势垒为0.27eV，该结果显示了过渡态理论的严重偏差。关于C60异构化反应的研究，首先进行了大量的MD模拟获得R-T曲线，然后与新模型和过渡态理论的比较表明，新模型的预测结果明显优越。　　3.温度梯度驱动的原子扩散（又称Ludwig-Soret效应）:1856年和1879年ludwig和Soret相继发现，固体或熔体中的杂质原子在温度梯度场中倾向于聚集在低温区域。目前该效应已被广泛应用于同位素分离，细胞中原子的扩散输运等众多研究领域。然而，由于在原子水平上尚未建立该效应的理论模型，实验工作者面临一系列困惑，例如对于给定的材料尚不能定义它的Soret系数。本文应用新模型，在原子水平上推导出了Ludwig-Soret定律，并得到了Soret系数的理论表达。为了检验该表达的正确性，本文采用分子动力学模拟了单原子碳链上的Ludwig-Soret效应，严格检验了新模型的可靠性。