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马赫和玻尔兹曼的人生轨迹多有交叉。这必然导致一定程度的竞争，虽然一个是实验家，一个是理论家。1874年，马赫入选帝国科学院，玻尔兹曼没有当选，虽然他也是候选人；1894年，玻尔兹曼当选维也纳大学物理系主任，虽然马赫也表示对这个位置感兴趣。
这两位物理学家彼此非常尊敬，但礼貌无法掩盖观点的不同。这种紧张关系在他们关于原子的实在性的著名辩论中达到了高潮。原子真的存在吗，或者它们只是精神客体，有点像点的概念？
这场争论使物理学界和化学界两极分化。一些诺贝尔奖获得者也加入了争论，例如威廉·奥斯特瓦尔德（1853-1932）站在马赫一方，马克斯·普朗克（1858-1947）则支持玻尔兹曼（普朗克是不久前才转变立场）。后来，卡尔·波普尔写道：“玻尔兹曼和马赫在物理学家中都有大批支持者，他们正在进行一场生死攸关的斗争——一场关于物理学应该进行何种研究的斗争。” [37]
“生死攸关的斗争”显然是夸大其词，但争论的确异常激烈。玻尔兹曼的热力学需要原子，他写了一篇题为《论科学中原子的不可或缺性》的文章，激情洋溢地为此呼吁。然而，由于原子不能被直接感知，马赫把它们仅仅当作思维的模型和构造，与那个老掉牙的错误——康德的“物自体”并无太大区别。每当提到原子，马赫都会狡猾地发问，语气带着明显的维也纳式轻佻：“你见过吗？”
今天，纳米技术已能让我们看到原子，从这个意义上说，争论已经解决，玻尔兹曼赢了。但从本质上来说，这是一场关于哲学而不是物理学的辩论，从这个意义上说，问题还远没有解决。关于原子是否存在的争论，与其说是关于原子本身，不如说是关于“存在”意味着什么。