După pensionare Mach de la Universitatea din Viena în 1901, a revenit acolo Boltzmann în 1902 la scaunul de Fizică Teoretică, care a rămas neocupate în interimar. Universitatea, de asemenea, la onorat cu un al doilea scaun, care Mach tocmai eliberat. Responsabil acum pentru predarea curs Mach în filosofia științei, Boltzmann a devenit celebru ca lector în acest domeniu. Publicul de prelegerile sale curând a crescut prea mare pentru a fi cazați în cea mai mare sala de curs disponibil. Reputația Boltzmann a ajuns chiar curtea imperială, și împăratul austriac Franz Josef l-au invitat la palatul regal.
Boltzmann este cel mai bine cunoscut pentru stabilirea mecanicii statistice, ramura a stiintei inventat independent de fizicianul matematic american Josiah Willard Gibbs. Munca lor conectate proprietăților și comportamentului de molecule, atomi, sau particule elementare cu proprietățile substanțelor din care acestea sunt elementele constitutive la scară largă. Boltzmann folosit probabilitate pentru a descrie modul de proprietăți atomic determină proprietățile materiei.
De-a lungul carierei sale, Boltzmann adus contributii semnificative la mecanica, dinamica, si electromagnetism, toate din care au fost dezvoltate în anii studenției lui. A fost unul dintre primii oameni de stiinta europeni să recunoască importanța cercetării fizician scoțian James Clerk Maxwell în domeniul electromagnetismului. Teoria Electricitate si magnetism, o carte bazată pe cursurile lui Boltzmann pe teoriile lui Maxwell, care a fost publicat in 1897, cu o prefață de Boltzmann, ajutat diseminarea munca lui Maxwell.
hârtie publicat pentru prima dată lui Boltzmann (1865) a fost stimulat de o prelegere dat de Josef Stefan pe teoria electrice. Trei ani mai târziu, el a publicat o lucrare despre echilibrul termic în gaze, care ambele citate și a extins munca lui Maxwell pe acest subiect. În 1871, el a obținut o ecuație pentru distribuirea de atomi din cauza coliziune. Conform acestei ecuații, care a devenit cunoscut sub numele de distribuția Maxwell-Boltzmann, cantitatea medie de energie necesară pentru mișcare atomică în toate direcțiile este egal. In 1884, Boltzmann a extins cu privire la activitatea de mentorul său, demonstrând modul în care legea empirică pentru radiatii
