Fue profesor de física en Graz en 1869, aunque cuatro años después aceptaría un puesto de profesor de matemáticas en Viena. Regresaría, sin embargo, a Graz como catedrático en 1876. Por aquella época ya era conocido por la comunidad científica, por su desarrollo de la estadística de Maxwell-Boltzmann para las velocidades de las moléculas de un gas en 1871.
En 1894 retomó su puesto, esta vez como profesor de física teórica, en la Universidad de Viena tras la muerte de Joseph Stefan. Al año siguiente, Ernst Mach obtuvo la cátedra de historia y filosofía de las ciencias. Mach era uno de los más claros opositores al trabajo de Boltzmann. En 1900, debido a su descontento con Mach, Boltzmann se trasladó a Leipzig donde conoció a Wilhelm Ostwald.
Mach dejó la Universidad de Viena en 1901 por motivos de salud, lo que permitió a Boltzmann volver al año siguiente. En esta ocasión, además de recuperar su cátedra de física, obtuvo la cátedra de Mach de historia y filosofía de las ciencias. En 1904 visitó Estados Unidos en su Feria Mundial de Saint Louis.
La dura oposición a su trabajo, con Ostwald como cabeza —la hipótesis de la existencia de átomos, que todavía no estaba demostrada completamente-, pudo haber causado trastornos psíquicos que le llevaría al suicidio en 1906. Sólo unos años después de su muerte, los trabajos de Jean Perprin sobre las suspensiones coloidales (1908-1909) confirmaron los valores del número de Avogadro y la constante de Boltzmann, convenciendo a la comunidad científica de la existencia de los átomos.
Walther Nernst
En 1906, como consecuencia de numerosos estudios suyos, enunció el tercer principio de la termodinámica que lleva su nombre. Aplicó la teoría de Planck para explicar los fenómenos del calor especifico, e hizo esta aplicación casi al mismo tiempo que Einstein y que el holandés Peter Debye. Fundamental es también su teoría osmótica de la pila galvánica. Dedicado también a las aplicaciones prácticas, inventó la lámpara que lleva su nombre, y sustituyó con filamentos a base de óxidos metálicos el filamento de carbón de las primeras lámparas eléctricas, mejorando así su rendimiento.
Nernst estudió asimismo el equilibrio entre el amoníaco, el nitrógeno y el hidrógeno a temperaturas y presiones diferentes: estudio que fue continuado después por Fritz Haber (1868-1933). Entre sus obras recordamos Fines de la química física, La importancia del nitrógeno para la vida, Los fundamentos teoréticos y experimentales del nuevo principio de la termodinámica y Química teorética desde el punto de vista de la regla de Avogadro y de la termodinámica.