Po Mach je upokojitev na Univerzi na Dunaju leta 1901, Boltzmann je vrnil leta 1902 na stolu teoretične fizike, ki je ostalo nezasedenih v vmesnem času. Univerza ga počastili tudi z drugo stol, ki je Mach samo izpraznjen. Odgovorni zdaj za poučevanje Mach je tečaj v filozofiji znanosti, Boltzmann je postal znan kot predavatelj na tem področju. Občinstvo za njegovega predavanja kmalu postal prevelik, da bi se nastanili v največje razpoložljive predavalnici. Ugled Boltzmann je celo dosegla cesarskem dvoru, in avstrijski cesar Franz Josef ga je povabil v kraljevi palači.
Boltzmann je najbolj znan po uvedbi statistične mehanike, veja znanosti samostojno izumil ameriški matematični fizik Josiah Willard Gibbs. Njihovo delo je povezano lastnosti in obnašanje molekul, atomov ali osnovnih delcev z lastnostmi obsežnih snovi, od katerih so gradniki. Boltzmann uporablja verjetnost, da opisati, kako atomic lastnosti določajo lastnosti snovi.
Tekom svoje kariere, Boltzmann znatno prispevali k mehaniko, dinamiko in elektromagnetizma, vsi, ki so se razvili v svojih študentskih letih. Bil je eden prvih evropskih znanstvenikov, da priznajo pomembnost raziskav Škotski fizik James Clerk Maxwell je na področju elektromagnetizma. Teorija elektrike in magnetizma, knjige temelji na predavanjih, Boltzmann o teorijah Maxwellovih, ki je bila objavljena leta 1897 s predgovorom, ki ga Boltzmann, pomagala širiti delo Maxwell je.
Prvi objavljeni papir Boltzmann je (1865) je bila spodbujena s predavanjem ki jo Jožef Stefan na električni teoriji. Tri leta kasneje je izdal knjigo o toplotnem ravnovesju v plinih, ki sta citiranih in razširiti delo Maxwell je na to temo. Leta 1871 je pridobil enačbo za distribucijo atomov zaradi trčenja. Po tej enačbi, ki je postal znan kot distribucijo Maxwell-Boltzmann, povprečna količina energije, potrebne za atomsko gibanje v vseh smereh enaka. Leta 1884, Boltzmann razširil na delo svojega mentorja, ki dokazuje, kako bi bilo mogoče empirično zakon za črno-telo sevanja, Stefan oblikovana leta 1879, izhaja iz načel termodinamike. V skladu z zakonom o Stefan-Boltzmann, skupna energija, ki seva iz črnega telesa je sorazmerna s četrto potenco absolutni temperaturi. Zakon je razvidno iz dejstva, da je modra zvezda, ki je enake velikosti kot rdeče zvezde zelo svetlejše. V 1890-ih, Boltzmann izpeljani drugi zakon termodinamike od načel mehanike. Zatrdil je, da je entropija poveča skoraj vedno, ne pa vedno.
Mnogi znanst
