Prace Boltzmanna nie były akceptowane przez ówczesne środowisko fizyków. Był obrońcą teorii atomistycznej budowy materii, która była na przełomie XIX i XX wieku mocno krytykowana. Jego najważniejszymi adwersarzami byli Ernst Mach oraz Wilhelm Ostwald. Ta ostra krytyka bardzo źle wpłynęła na stan psychiki Bolztmanna. Zginął on śmiercią samobójczą 5 września 1906. Powiesił się w czasie wakacji w miejscowości Duino we Włoszech. Jego śmierć była spowodowana najprawdopodobniej przez depresję wynikającą z niezdiagnozowanej choroby afektywnej dwubiegunowej.
Został pochowany na Cmentarzu Centralnym w Wiedniu. Na jego grobie wyryto wzór:
Życie prywatne Był żonaty z Henriette von Aigentler, z którą miał czwórkę dzieci: dwie córki i dwóch synów.
Dokonania naukowe thumb|Boltzmann w wieku 31 lat, z żoną Henriette, 1875 rok thumb|43-letni Boltzmann wraz ze współpracownikami w Grazu, 1887 rok
Określił związek między termodynamiką a mechaniką statystyczną. Wyprowadził równanie transportu, znane jako równanie Boltzmanna. Za pomocą założenia o chaosie molekularnym, tj. braku korelacji między prędkościami zderzających się cząstek gazu (tzw. Stosszahlansatz), otrzymał z tego równanie, tzw. twierdzenie H (czytaj: twierdzenie eta), dotyczące wzrostu entropii.