Đầu thế kỉ XIX, nhà hóa học Dalton (Đantôn) đã dùng giả thuyết nguyên tử để giải thích một số quá trình hóa học. Năm 1811, Avogadro giả thiết rằng có hai loại vi hạt là nguyên tử và phân tử, và các thể tích khí như nhau thì chứa những lượng phân tử (chứ không phải là nguyên tử) như nhau. Năm 1814, độc lập với Avogadro, Ampère cũng phát biểu những giả thuyết như vậy. Giả thuyết của Avogadro giải thích được định luật Gay Lussac và một số hiện tượng khác. Nhưng giả thuyết đó lại trái với thuyết điện hóa học của Berzelius (Becxêliut).
Công trình đầu tiên mang những kết quả mới mẻ và đúng đắn là công trình của Kronig (Crônic) (1822 – 1879), công bố năm 1856, đã coi chất khí như một tập hợp những nguyên tử đàn hồi chuyển động hỗn loạn trong không gian trống rỗng. Ông cũng rút ra định luật Avogadro. Sự ra đời của công trình của Kronig đã thúc đẩy Clausius một năm sau đó phải công bố những khảo sát của mình về lí thuyết động lực học chất khí. Công trình của Clausius nêu ra một mô hình động lực học của chất khí lí tưởng, hoàn hảo hơn mô hình của Kronig. Clausius vận dụng lí thuyết của mình để tính vận tốc trung bình của các phân tử ứng với một nhiệt độ nhất định.
Maxwell (1831 – 1879) công bố một công trình năm 1860 tạo ra một bước tiến mới trong sự phát triển của thuyết động học chất khí. Ông đã tìm ra định luật về sự phân bố vận tốc của các phân tử khí, gọi là phép phân bố Maxwell. Năm 1866 Boltzmann (Bônxơman) (1844 – 1906) xét một chất khí lí tưởng nằm trong một trường lực và tìm ra phép phân bố Maxwell – Boltzmann tổng quát hơn phép phân bố Maxwell.
Năm 1873 Van de Waals (Van đơ Van) tiến thêm một bước nữa bằng cách nghiên cứu các khí thực, và rút ra được những phương trình trạng thái của các khí thực gọi là phương trình Van de Waals . Nó lại cho phép tiên đoán thêm một số tính chất của chất khí mà sau này thực nghiệm sẽ khẳng định. Lý thuyết của Van de Waals cho phép tính ra đường kính của phân tử khí. Đồng thời trong điện học cũng có phương pháp tính ra đường kính đó trong lí thuyết phân cực điện. Ba phép tính bằng ba phương pháp khác nhau đã cho kết quả rất khớp nhau.
Với những kết quả thực nghiệm như vậy, lí thuyết động lực học chất khí đã có một cơ sở vũng vàng và trở thành một ngành mới của khoa học vật lí.