在学术观点上，马赫认为，物理学理论决不应该建立在子虚乌有的、不能得到证实的原子假说的基础之上，而是从大量由实验证实的经验事实中归纳出来的。玻耳兹曼为了对自己的观点进行辩护，不得不在外界压力的迫使下，不断调整自己的研究方向，从1895年之后逐步转向科学方法论的研究，他指出，如果采用明确的力学假设与恰当的数学手段所得到的结论同经验事实相一致，那么，即使这个假设并不能说明事物的全部本质，也应当承认它的客观性。气体分子运动论的假设正是如此。玻耳兹曼认为，人们在运用逻辑推理时，通常喜欢用自己看到的或感觉到的经验来作比喻，然而，当需要抛弃这种现象类推的方法去深入分析问题的内在本质时，却变得十分固执和愚蠢。[6]
为了系统地表述自己的见解，1897年玻耳兹曼出版了《力学讲义》第一卷。在这本讲义中，玻耳兹曼从认识的心理图像论的观点出发，论证原子不是纯粹的形而上学的概念，而是作为一种内在的心理图像而存在着的，原子的实在性同心理图像在本质上是一致的。心理图像既超越于经验，但又与经验相联系。玻耳兹曼指出，物理理论的任务就在于建立一个外部世界的图像，正是这种图像引导着或指挥着物理学家的思维和实验。反过来，实验又使图像得到不断修正和完善。物理学家所形成的思想是在思维过程中完成的，或者说，一种思想的确立事实上已完成了一次小规模的综合。而思维规律的作用就在于清晰地明确物理学家想像中的图像。所以物理学家在研究外部世界时不可能建立一种绝对正确的理论，而只能找到一种尽可能简单、尽可能准确描述现象的心理图像。正因为如此，理论的构成可以使用不能被当时实验证实的假设，然后这种假设通过实验的不断检验加以调整。
玻耳兹曼的上述观点同现代物理学的研究传统是相吻合的。然而，在归纳主义占统治地位的19世纪末，这种观点在经验主义的框架内是难以容忍的。为此，玻耳兹曼在1898年很痛苦地写到：“我确信这些攻击是建立在曲解的基础之上的，气体理论在科学中所起的作用还没有完全显示出来。…‘我认为敌视气体理论是科学中的大灾难，这与波动理论受牛顿的权威影响的例子相类似。”[7]
随着玻耳兹曼压抑情绪的不断恶化和哲学困扰的日益加剧。1899年，玻耳兹曼为了避开背弃他的学生及与马赫的争论决定离开维也纳大学，试图通过环境的变更来抚慰难以被人理解的孤独之心。1900年，在德国莱比锡大学担任物理化学教授职务的奥斯特瓦尔德的鼎力邀请和推荐之下，玻耳兹曼应聘到莱比锡大学担任了理论物理学教授职务。
然而，玻耳兹曼同奥斯特瓦尔德之间的观点对立并不比同马赫之间的观点对立更轻松。
奥斯特瓦尔德是典型的唯能论者，他不仅反对玻耳兹曼的原子论观点而且反对他从力学基础上构建理论物理学大厦的机械自然观。在莱比锡，他们两人的朝夕相处，使已有的观念分歧更加明显，学术争论的残酷性终于导致双方都患有精神抑郁症。得不到同行的支持，也成为玻耳兹曼最大的心理障碍。
1902年，马赫因病辞去科学哲学教授，维也纳大学多次邀请玻耳兹曼能返回母校继任马赫的哲学兼理论物理学教授职位，并重组维也纳哲学研究所。晚年的玻耳兹曼由于精神及身体状况的原因，将自己的兴趣几乎完全转向了哲学方面。从1902年再次回到维也纳大学之后，玻耳兹曼一方面接任了曾由布伦但诺一马赫开设的哲学讲座及叔本华的哲学思想讲座；另一方面为了探究哲学究竟是什么的问题，在1904年完成出版了《力学讲义》第二卷之后，制定了大量的阅读计划。由于眼睛状况不好，玻耳兹曼只得雇佣女工帮他读物理学与哲学著作，其中包括康德（I.Kant）、叔本华（A.Schopenhauer）及数学哲学等专著。在这一时期，玻耳兹曼对哲学的研究兴趣已超过了对物理学的兴趣，决心重新寻找到一条研究哲学的有效途径。
为了达到这个目的，玻耳兹曼除了实施读书计划之外，还对数学、逻辑与语言学等问题进行了研究。玻耳兹曼认为同理论
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