1827年英国植物学家布朗由于长年的观察研究，导致了他在分子运动论方面的新发现。布朗开始观察一种植物花粉团粒悬浮在水面上的形态，其结果看到很多团粒在作无规则的运动：有些团粒时刻在更换位置，有些改变形态，有些还在不停地旋转……反复实验观察之后，他作了如下记录：“我确信这种运动不是由于液体的流动所引起的，也不是由于液体的逐渐蒸发所引起的，而是属于团粒本身的运动。”为了进一步证实这种看法，布朗把观察的对象扩大到其他植物的花粉团粒上，发现存在同样的运动。
布朗开始认为这种运动的原因是植物生殖器官雌雄交配的结果，但是在一次实验观察中，他偶然用捣烂已死的植物叶子的碎片，竟然也发现有同种不规则运动的存在。他再次把实验观察的对象扩展到不仅对活的和死的植物体，而且还遍及一切有机物以至烟灰、泥土、矿物质等无机物的微尘，对它们在水中的现象进行一一仔细的观察研究，结果发现，一切有机物的或无机物的、有生命的或无生命的物质的微小团粒，悬浮在静止的水面上，都会作无休止的无规则运动，从而揭开了自然界普遍存在的分子运动的奥秘。后人把布朗发现的这种悬浮在液体或气体中的宏观微粒（直径约1微米，称为布朗微粒）所作的不停的无规则运动称为布朗运动。
1863年有人提出这是水分子不均匀碰撞的结果，从而为分子的存在提供了一个佐证。1877年，德耳索指出这是由于微粒受到周围分子碰撞的不平衡而引起的一种起伏运动。布朗运动所显示出来的恰恰是液体中分子运动的结果，液体中分子急剧地做直线运动，但由于分子之间的不断碰撞而不断地改变方向，悬浮在液体中的微粒正是由于受到液体分子的各个方向的不断碰撞而呈现无规则的运动。
分子小到不但用肉眼看不见，就是到了20世纪30年代后期电子显微镜的问世以后，人们所能看到的也只限于很大的有机分子，而从放大镜中观察到的布朗运动却是研究分子运动的极为有利的根据之一。1905年爱因斯坦从统计力学观点最终建立了布朗运动的理论，给分子运动的研究提供了理论依据。接着法国的佩兰根据爱因斯坦及他人的理论研究成果，做了多年的关于布朗运动的实验，并由此相当精确地测定了阿伏加德罗常数和分子的各个有关的数据。因此，布朗运动是微观分子运动的宏观表现，也是分子存在热运动和分子间存在空隙的有力证据。
