Em mecânica estatística e teoria cinética dos gases, percurso livre médio ou caminho livre médio é a distância média ou o espaço médio percorrido entre duas colisões sucessivas das moléculas de um gás. Essa teoria também é válida para fótons ou átomos.

As moléculas de um gás estão em constante movimento, chocando-se umas com as outras, e a temperatura do gás é função da energia cinética dessas moléculas.

Pode-se pensar na existência do caminho livre médio imaginando que um frasco de perfume é aberto de um lado de uma sala. A 300 kelvin, a raiz da velocidade quadrática média das moléculas de ar é de 432 metros por segundo. Entretanto, sabe-se que o perfume leva um tempo muito maior do que o tempo mínimo necessário para percorrer o comprimento da sala nessa velocidade (e em alguns casos nem chega ao outro lado). Isto ocorre porque há colisões aleatórias. Na figura ao lado, pode-se analisar a distância média entre as trocas de direções de uma partícula (ilustrada pelo movimento browniano).