След пенсионирането на Мах от Университета на Виена през 1901 г., Болцман се върна там през 1902 г. до стола си по теоретична физика, които бяха останали незаети в междинния. Университетът също го удостоява с втори стол, който току-що освободената Mach. Отговорен сега за преподаване разбира Мах във философията на науката, Болцман стана известен като преподавател в тази област. Публиката на неговите лекции скоро нарасна твърде големи, за да бъдат настанени в най-мощната налична лекционната зала. Репутация на Болцман дори достигна императорския двор, и австрийската император Франц Йозеф го кани да царския дворец.
<Р> Болцман е най-известен за създаване статистическата механика, клон на науката, независимо изобретен от американския математически физик Уилард Гибс. Тяхната работа е свързан свойствата и поведението на молекули, атоми или елементарни частици с мащабни свойства на веществата, от които те са градивните елементи. Болцман използва вероятност да се опише как атомната свойства се определят свойствата на материята.
В течение на кариерата си, Болцман постигна значителен принос за механика, динамика, и електромагнетизма, всички от които са били разработени по време на студентските си години. Той беше един от първите европейски учени да признават важността на научните изследвания шотландски физик Джеймс Кларк Максуел в областта на електромагнетизма. Теория на електроенергия и магнетизъм, книга на основата на лекции на Болцман за теории на Максуел, която е публикувана през 1897 г. с предговор от Болцман, помогна разпространява работата на Максуел.
<Р> публикуван за първи път на хартията Болцман (1865) се стимулира от лекция дадена от Йозеф Стефан върху електрическата теория. Три години по-късно той публикува книга за топлинно равновесие в газовете, които и двете цитирани и удължава работата на Максуел по тази тема. През 1871 г. той получава уравнение за разпределение на атома, поради сблъсък. Според това уравнение, която стана известна като разпределението на Максуел-Болцман, със средна сума от енергията, необходима за атомна движението във всички посоки е равен. През 1884 г. разширява Болцман за работата на своя наставник, като демонстрира как емпиричната закона за черно тяло радиация, която Стефан формулирана през 1879 г. може да бъде получен от принципите на термоди
