О пребывании Больцмана в Граце осталось много историй, которые помогают нарисовать портрет человека, а не только ученого. В 1878 году родился его первый сын, Людвиг Хуго (1878-1889), за ним последовали Генриетта (1880-1945), Артур (1881-1952), Ида (1884-1910) и Эльза (1891-1966), родившаяся уже в Вене. Больцман обожал их. Когда его младшая дочь выразила желание завести обезьянку в качестве домашнего питомца, Генриетта бурно воспротивилась, поскольку не хотела держать животных дома; Больцман решил купить ребенку выводок крольчат и устроил их в своей библиотеке.

В его распоряжении была служебная квартира, отопление и электричество в которой оплачивалось университетом, но Больцман купил ферму рядом с Оберкросибахом, где он поселился с семьей, чтобы дети могли наслаждаться сельской жизнью. В доме был гербарий и коллекция бабочек, что говорит о большой любви ученого к природе; он часто отправлялся с семьей на прогулку и попутно вел беседы о ботанике. У Больцмана также была собака, с которой он ходил на завтрак в ближайшее заведение, и корова, с ней он гулял по деревне и спрашивал своих коллег-зоологов, как лучше ее доить.

За время грацского периода он был удостоен ряда почестей, среди которых выделяется назначение деканом факультета. Его несколько раз приглашали в императорский дворец, но он не получил должного удовольствия: у Больцмана были серьезные проблемы со зрением, которые обострились с возрастом, и из-за этого ему было сложно разглядеть содержимое тарелки. В тех случаях, когда он оказывался при дворе, император Франц Иосиф едва лишь притрагивался к еде, после чего происходила смена блюд у всех участников трапезы, и Больцмана почти никогда не успевал попробовать кушанья.

Среди других увлечений Больцмана присутствовали как полезные, так и не очень. Он любил кататься на коньках и плавать, чему часто отдавался, чтобы восполнить скудность физических упражнений своей молодости, этим он объяснял свои проблемы со здоровьем. Он также любил устраивать праздники, которые длились до поздней ночи. Ему нравилось принимать гостей и развлекать их своей тонкой иронией и беседами на самые разнообразные темы, не только научные: он очень любил музыку и немецкую литературу и даже посвятил свои "Популярные заметки", сборник популярных работ, поэту Фридриху Шиллеру (1759-1805).

Эти четырнадцать лет в Граце были, без сомнения, самыми счастливыми: он вел расслабленный образ жизни и наслаждался общением со своей семьей. Должность декана отнимала у него не очень много времени, поскольку основную часть административной работы он оставлял заместителю. Сам Больцман признался Теплеру, что брак погружает его в лень больше, чем он ожидал. Через несколько лет его преемник на кафедре, Леопольд Пфаундлер (1839-1920) жаловался, что получил в наследство гору неразобранных дел, так что Больцман работал уже не так усердно, как в предыдущие годы.

Несмотря на это, он публиковал другие важные статьи, среди которых выделяется доказательство закона Стефана об излучении черного тела (1884). Хендрик Антон Лоренц (1853— 1928), лауреат Нобелевской премии по физике 1902 года, назвал эту работу "жемчужиной теоретической физики".

Но счастливое время закончилось в 1888 году, через год после того, как Больцмана назначили ректором университета. Небольшое недоразумение, связанное с его назначением профессором в Берлине, вылилось в крайне некомфортную ситуацию для Больцмана, и нервы в итоге не выдержали. На это наложилась смерть его сына Людвига в 1889 году. Больцман погрузился в депрессию, которая прежде сменялась его ставшими притчей во языцех приступами эйфории, но после этой он так и не восстановился, и в итоге она закончилась самоубийством в 1906 году.

В 1890-е годы Больцман, расположившийся на научном Олимпе, участвовал в многочисленных полемиках с друзьями и соперниками: с Махом он спорил о существовании атомов, а с Цермело — о втором начале термодинамики. В первом случае время показало, что он прав, но второй спор до сих пор остается неразрешенным. Однако постоянные дискуссии в результате истощили Больцмана, обострив депрессию, в которую он погрузился после смерти сына в 1889 году.

В 1887 году у Больцмана завершался счастливый период, отмеченный большими научными успехами 1872 и 1877 годов и сопряженный с различными почестями, среди которых были назначение деканом и приглашения во дворец от лица императора Франца Иосифа. Первым ударом по безмятежному ходу жизни за два года до этого стала смерть матери, с которой после смерти отца он был очень близок. Катарина жила с Людвигом с момента его свадьбы, и несмотря на кое-какие трения с Генриеттой, у нее были очень хорошие отношения с сыном, который всегда был ей благодарен за поддержку в начале учебы.

Второй удар был вызван чем-то, что сначала казалось скорее честью. В 1887 году Больцмана назначили ректором Грацского университета. Это была ответственная должность, предполагавшая более значительные административные обязанности, чем на посту декана, вероятность конфликтов интересов здесь также была выше, эта роль требовала определенной дипломатии. Ни тогда, ни когда-либо еще дипломатия не была сильной стороной Больцмана, душой почти ребенка, неспособного проводить границу между собой и другими, как это умеют делать большинство социально адаптированных взрослых. Мах описал это так: "Больцман беззлобный, но он невероятно наивный и бесцеремонный... он просто не знает, где провести черту. Это относится и к другим важным для него вещам".

Вскоре должность ректора показала, насколько ядовитый это был подарок. В том же году, что и произошло его назначение, пронемецки настроенные студенты принялись произносить речи против императора. В пылу воинственности они опрокинули бюст Франца Иосифа в одном из залов университета. Под давлением правительственных служб Больцман был вынужден принять меры, этот инцидент растянулся на четыре месяца и разрушительно сказался на его нервной системе.

Эпизод, с которого началась депрессия Больцмана, произошел годом позже. В 1887 году умер Густав Кирхгоф, его друг и коллега. Кафедра, которую тот возглавлял в Берлинском университете, осталась свободной, и ученый совет решил, что Больцман идеально подходит, чтобы занять ее. Ему сразу же выслали предложение, сулившее отличное жалованье и руководство одной из лучших лабораторий Европы. Среди преимуществ должности была работа рядом с переехавшим несколько лет назад из Гейдельберга Гельмгольцем, которым Больцман восхищался.

Он сразу отправился в университет, осмотрел лабораторию и даже выбрал себе кабинет. Однако когда вернулся в Австрию, сомнения усилились. В то время когда европейские конфликты были очень актуальны, особенно между Германией и Австрией, работа в другой стране не вызвала бы одобрения, по крайней мере без предварительного разрешения властей. Больцман задумался, не плохо ли он поступил, и ввиду своей пресловутой бестактности не стал информировать свой университет об этом предложении.

Коллеги, конечно, быстро обо всем узнали, так что его намерение уехать превратилось в секрет полишинеля. Больцмана сразу же забросали контрпредложениями, чтобы попытаться оставить его в Граце. В итоге он пересмотрел свое решение и написал в Берлин, что отказывается от должности из-за плохого зрения, которое к тому времени ухудшилось настолько, что вызывало беспокойство. Однако в Берлине не поняли или не захотели понять его доводы и ответили: пусть Больцман не беспокоится, они будут учитывать его состояние и вести себя соответствующим образом, они ни в коем случае не хотят упустить возможность сотрудничать с ним из-за чего-то подобного.

Ученый оказался в затруднительном положении, поскольку два университета, которым он дал слово, боролись за него. Для столь прямодушного человека, каким был Больцман, ситуация оказалась травмирующим опытом и спровоцировала нервный срыв. В конце концов он направил в Берлин окончательный отказ, приводя следующие доводы: