Возвращение в Вену состоялось в 1902 году, когда он снова приступил к преподаванию теоретической физики; затем начал читать курс философии, за который до этого отвечал Мах. Его лекции по философии оказались очень популярными, и их так массово посещали, что студенты не вмещались в аудиторию. Сам император Франц Иосиф заинтересовался ими и даже пригласил Больцмана во дворец — честь, к которой ученый уже привык за грацский период.
Несмотря на все это, Больцман не был счастлив. Лекции по философии, сначала успешные, начали утрачивать силу, а затем и слушателей. С другой стороны, оппозиция атомной теории набрала такую мощь, что Больцмана уже считали последним ее адептом. Ощущение изолированности и непонимания нарастало. Кроме того, соперники, воспользовавшись его состоянием, пытались дискредитировать его, как в 1904 году это сделал его бывший друг Оствальд, заявив в ходе яростной атаки, что Больцман "неспособен принять хоть какое-нибудь решение, и это один из самых жалких из ныне живущих", и постарался связать отрицание Больцманом энергетики с его неврастенией.
Зрение окончательно покинуло его. До конца жизни приходилось нанимать ему секретаршу, чтобы та читала научные труды, а Генриетта записывала его статьи. Участились приступы астмы, также он страдал от грудной жабы. Появились носовые полипы, которые причиняли ему нестерпимую боль даже после операции, а хроническая бессонница обеспечивала ему непреходящую усталость. Его бывший ученик Алоис Хёфлер (1853-1922), навестивший его в 1906 году, вспоминал, что сам Больцман признался ему: "Я никогда не думал, что возможен такой конец".
Однако были и счастливые моменты. Больцман совершил три поездки в Америку, о последней он написал небольшую хронику, озаглавленную " Путешествие одного немецкого профессора в Эльдорадо". В ней он приводил много историй, некоторые из них были связаны с наукой, но в основном он описывал культурные различия между Европой и США. В этом дневнике Больцман предстает человеком добродушным, любителем поесть и выпить (особенно второе) и очень чувствительным. Он много писал о запрете на алкоголь в некоторых штатах, из-за этого запрета он попадал в невероятные ситуации, которые, по его мнению, демонстрировали лицемерие, царившее на новом континенте. Это лицемерие Больцман презирал и сам был чужд ему, вполне возможно, именно это сказалось на его трудностях в общении.
Колумб стал символом первооткрывателей. Его "всегда, всегда на запад" олицетворяет настойчивость, его "земля, земля!" — радость успеха, и всё его приключение — убежденность в том, что жизнь — это не главная ценность.
Людвиг Больцман, "Путешествие одного немецкого профессора в Эльдорадо"
Больцман также много внимания уделил еде; похоже, ему не слишком нравилась американская кухня, как это видно из описания банкета в доме Херстов, одной из самых влиятельных семей в стране. У Больцмана была склонность к полноте, над чем обычно посмеивались его студенты, говоря, что пространство искривляется, когда он входит. Эта шутка дает представление о том, насколько хорошо знакомы были его ученики с неевклидовой геометрией, что во многом способствовало пониманию общей теории относительности десять лет спустя. Действительно, связь между массой (Больцмана) и искривлением пространства, за десятилетие до того, как Эйнштейн сформулировал свою теорию, оказалась почти пророческой.
"Путешествие одного немецкого профессора в Эльдорадо" — небольшой рассказ, в котором Больцман в приятной шутливой манере описал свои впечатления от посещения Калифорнии в 1905 году. Это была одна из его последних публикаций, и в ней Больцман очень непохож на того человека, который лишил себя жизни в Дуино год спустя. Юмористический настрой автора ощущается с первой же страницы: "В ресторане Северо-Западного вокзала я попробовал вполне пристойную жареную свинину, капусту с картошкой и выпил несколько стаканов пива. Моя память на числа, которая в других областях вполне удовлетворительна, всегда подводит меня, когда я считаю кружки пива". В эпизоде про путешествие в Нью-Йорк на корабле Больцман внезапно предстает сентиментальной личностью: "Как-то я рассмеялся, прочитав, как художник искал конкретный цвет в течение многих дней и ночей; теперь я уже не смеюсь. Я разрыдался, когда созерцал этот цвет в океане; как может простой цвет вызывать слезы!" О своем пребывании в Беркли он приводит много историй, которые помогают понять его самого, а также увидеть США того времени. Так, выделяется его описание госпожи Херст: "Нелегко объяснить европейцу, [кто это]. Это университет Беркли, точнее не сказать. В Европе alma mater — это идеализированная фигура, а в Америке это реальное лицо и, что важнее, у нее есть реальные миллионы долларов, часть которых она ежегодно выделяет на развитие университета". Говоря об основателях Стэнфорда, Больцман без колебаний рассказывает, как те сделали состояние, прибегнув к мошенничеству и политическим интригам, оплаченным налогоплательщиками.