Понимание истинной причины этого движения пришло не сразу. Потребовалось почти полвека, прежде чем бельгийский учёный Иньяс Карбонелль предположил, что броуновское движение частицы вызвано ударами молекул окружающей жидкости.

В ходе изучения броуновского движения было установлено, что это движение универсально (поскольку наблюдалось решительно у всех веществ, взвешенных в распылённом состоянии в жидкости), непрерывно (в закрытой со всех сторон колбе его можно наблюдать неделями, месяцами, годами) и хаотично (беспорядочно). Причём движения даже тех броуновских частиц, которые располагались довольно близко друг к другу, были совершенно независимыми, так что не могло быть и речи о том, что их причиной служат какие-либо потоки в самой жидкости. Всё это свидетельствовало о том, что молекулы жидкости находятся в состоянии непрерывного и беспорядочного движения.

Первая количественная теория броуновского движения появилась лишь в 1905 г. Её автором был Альберт Эйнштейн.

Теория Эйнштейна нашла полное подтверждение в экспериментальных исследованиях французского физика Жана Батиста Перрена (1870 – 1942). Он начал проводить их в 1908 г. и продолжал затем в течение нескольких лет. Через равные промежутки времени Перрен отмечал последовательные положения броуновской частицы, видимые в поле зрения микроскопа, соединял затем эти положения прямолинейными отрезками.

Измерения, проведённые Перреном, показали, что постоянная Авогадро выражается числом 6 10²³. Измерения этой постоянной другими методами привели к такому же результату.

Определение постоянной Авогадро позволило рассчитать массу отдельных атомов и молекул, а также число частиц в этом теле.

Ссылаясь на эксперименты по броуновскому движению, и Вильгельм Фридрих Оствальд был вынужден признать, что они “позволяют даже осторожному учёному говорить об экспериментальном подтверждении атомного строения вещества”. Перрен за свои работы по броуновскому движению получил Нобелевскую премию. Подводя итоги в 1912 г., он заявил: “Атомная теория восторжествовала”.

Для определения размеров молекул был проведён ряд опытов. В одном из них, осуществлённом в начале XX в. английским физиком Джоном Уильямом Стреттом Рэлеем (1842 – 1919), на поверхность воды поместили каплю масла.