为分子平均自由程与物体（系统）特征尺寸之比。在自由分子流区内，意味着分子在物体附近范围相当大的一个区域内极少互相碰撞，从而可以忽略物体的存在所引起的对来流分布函数的影响。自由分子流区是分子极端稀薄的一个流动领域。

如考虑地球大气，对于特征长度为1米的物体，滑移流区约在80～100千米高空处，过渡流区在100～130千米高空处，而130千米以上高空，大气的分子平均自由程在十米以上，此时，为自由分子流区。此外，纳米管中的气体流动也可能处于自由分子流区。在直径小于6纳米的石墨烯纳米管中，其，流动将处于自由分子流区。

分子的平均自由程是物体特征长度的几倍以上，可以假设来流完全不受物体存在的影响。这是自由分子流理论的基本假设。在自由分子流区采用分子假设，一般采用玻尔兹曼方程来描述流体运动。对自由分子流流场中的物体做气动力特性理论计算时，可以把入射的分子流动与反射的分子流动分开处理。计算对物面的入射动量通量或能量通量时，一般假定来流气体处于局部的麦克斯韦平衡状态。当分子在物体表面的反射模型清楚时，可以通过简单的求积得到气体分子对于任意方位的表面元施加的应力和热流值，再经简单求积即可得总体的气动力和热传导特性。