国的约西亚·吉布斯，以及自约翰·道尔顿1808提出原子论来的大多数化学家却深信原子和分子的存在。玻尔兹曼和当时德国首级的物理学刊物的编辑进行了旷日持久的争论。这些编辑只是将原子和分子当作方便的理论模型而并不愿将它们与现实联系起来。在玻尔兹曼去世后数年，让·佩兰在阿尔伯特·爱因斯坦1905年的研究基础上对于胶体悬浮物的研究（1908–1909），测定了阿伏伽德罗常量和玻尔兹曼常数，并向世界证明了原子和分子确实存在。玻尔兹曼还在分子运动论中发现了熵和微观状态的概率分布的对数关系，并提出着名的玻尔兹曼熵公式：