Vědou se začal zabývat v roce 1867 jako asistent vídeňského fyzikálního ústavu. Dvacet jedna let byl ve Štýrdkém Hradci řádným profesorem matematické fyziky na místní univerzitě. Tady také měl časté konflikty s Ernestem Machem. Ty neustaly ani v pozdější době. boltzman nebyl z psychologického hlediska silná osobnost. Dne 5. 9. 1906 spáchal sebevraždu. Boltzman společně s ředitelem fyzikálního ústavu Josefem Stefanem spolupracoval při studiu kinetické teorie plynů. Ze spolupráce vzešel roku 1879 zákon Stefan-Boltzmanův o intenzitě vyzařování. Boltzman se zabýval difúzí plynu a kapalin. Boltzman vyjádřil v teorií plynů základní rozdíl mezi pochody čistě mechanickými a tepelnými. Mechanické pochody jsou v podstatě zvratné, každý může probíhat i v obráceném směru, znaménko času tu nehraje roli. Tepelné pochody jsou tak nezvratné jako vyrovnání dvou různých teplot. Jestliže teorie plynů prohlašuje tyto pochody za nezvratné, je to proto, že zde zasahuje hypotéza o chaosu molekul. Je zde nasnadě analogie s principem vzrůstající entropie. A tak Boltzmanovu životní práci korunuje od roku 1877 stále jasnější propracování vztahu mezi entropií a pravděpodobností. Tento Boltzmanův princip zní: etropie je úměrná logaritmu pravděpodobnosti stavů, koeficientem úměrnosti je je univerzální konstanta (Boltzmanova). Narůstající entropie, o kterém mluví druhá hlavní věta termodynamiky, se takto stává přechodem k stále pravděpodobnějším stavům. Při zkoumání tepelného záření roku 1884 Boltzman na zálkadě elektromagnetické teorie světla usoudil, že záření v dutině působí na její stěny tlakem rovným třetině energie zážení v jednotce objemu. Prostým užitím běžných termodynamických metod mohl dojít k závěru, že tato energie je úměrná čtvrté mocnině absolutní teploty s koeficientem úměrnosti, který je univerzální. Boltzmanova smělost tkví v přenášení termodynamických pojmů tlaku a teploty na záření černého tělesa. Stefanův-Boltzmanův zákon hovoří o úhrnné energii celého spektra.