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即使如此，直到19世纪原子的概念才慢慢地被化学家们接受。约瑟夫·盖·吕萨克通过实验确定了两种气体物质化合时，一种气体的体积总和与另一气体的体积形成一个简单的比例关系。如果生成物也为气体，那么第三种气体同前两种气体也会形成一个简单比例关系。这与每一分子化合物都是由一种气体原子和其他原子组成的观点相吻合。在1811年，意大利的阿梅德奥·阿伏伽德罗（Amadeo Avogadro）利用这个观点导出了他的著名假设，无论气体分子的化学成分如何，在固定温度和压力下，同样体积的气体具有相同数目的分子。后来的实验确证了阿伏伽德罗假设的正确性；可以证实在一个大气压下，0℃温度下1升气体大约具有27×1021个分子。只是在19世纪50年代，阿伏伽德罗的同乡——斯坦尼斯劳·堪尼沙罗改进了这个说法，才使一些化学家正经对待它。然而直到19世纪90年代，仍有许多化学家不肯接受道尔顿和阿伏伽德罗的观点。但是那时候，物理学的发展进程已超越了道尔顿和阿伏伽德罗的观点，那时，气体的状态已被苏格兰的詹姆斯·克拉克·麦克斯韦及奥地利人路德维格·波尔兹曼用原子的概念作了细致的解释。
19世纪60年代至70年代，这些先驱发展出气体是由许多原子或分子组成的观点（阿伏伽德罗的假设可给出它们到底是多少）。这些分子或原子可以想象为小硬球，它们之间相互碰撞，并且与盛它们的容器相碰撞。这直接导致了热是一种形式的运动的观点，当给气体加热时，分子运动加快，增加了对器壁的压力，如果器壁不是固定的，则气体就会发生膨胀。这种新想法的关键所在是气体的状态可以利用力学原理来解释——牛顿力学——对大量的原子数或分子数来说是在流计意义上的，在任何时间中一个分子可以向任何方向运动，但许多分子碰撞容器的总效应就形成了对器壁的稳定的压力。这导致了对气体过程进行数学描述的学科的发展，现在称为统计力学。但仍没有直接的证据证实原子的存在；当时许多领头的物理学家强烈反对原子假设，即使在19世纪90年代，波尔茨曼仍感到只有他自己（也许是误解）一个人在同流行的科学观念作斗争。1898年，他发表了他的详细计算，希望“一旦被重新认识，即使不是在很大程度上的认识，气体理论将获得新生”。1906年，在病痛和压抑的双重折磨下，想到许多顶尖科学家对气体分子运动理论的强烈反对，他自杀了。没有想到的是，几个月前，一个名叫爱因斯坦的无名物理工作者已发表了文章，确立了无可非议的原子的真实性证明。