В рамках статистической теории найдена функция распределения по оптическим толщинам для слоя молекулярного газа. Проведено сравнение параметров переноса инфракрасного излучения в молекулярной среде, полученных на основе статистической модели, с точным при условиях, когда возможно точное решение задачи. На основе развитого подхода к статистической модели найдены параметры переноса инфракрасного излучения в слое молекулярного газа переменной температуры. Полученные результаты могут быть использованы для расчета потока излучения в атмосферах планет.