Всеосяжність принципів термодинаміки, відкритих і розроблених до цього часу й, зокрема, другого початку, змушувала фізиків-теоретиків шукати причини універсальної моці термодинаміки. У результаті в науці виникли два напрямки: феноменологическое й атомістичне. Феноменологическое напрямок не вважав за необхідне шукати більше глибоких причин фізичних процесів, воно обмежувало завдання вивчення природи описом явищ на основі експериментально встановлених принципів. Енергетики Гельм, Оствальд і інші вважали енергію основним поняттям науки, а такі поняття, як «матерія», «сила», похідними й навіть зайвими

Що стосується подання про атоми й молекули, то енергетики, а також віденський фізик ернст Мах, один з видних прихильників феноменологического напрямку, уважали ці подання продуктами чистої фантазії, аналогічними поданням про відьом і примар

Однак такі видні представники науки, як Клаузиус, Максвелл, а потім Больцман, з успіхом розробляли молекулярно-кінетичну теорію

Максвелл, Клаузиус, Больцман, Гиббс, розвиваючи фізичну атомістику, шукали закони, що керують поводженням колективу атомів і молекул, роблячи по можливості прості гіпотези про будову самих атомів. В XIX в. єдиним засобом спостерігати взаємодії атомів і визначати їхні індивідуальні особливості були хімічні реакції. Саме в надрах хімічної атомістики народилася перша гіпотеза про будову всіх атомів з атомів водню (Проут, 1815).

В 1859 р. було зроблено важливе відкриття в оптику, фізик Густав Кирхгос ( 1824-1887) і хімік Роберт Бунзен (1811-1899) відкрили спектральний аналіз, що дав у руки хімікам новий потужний засіб дослідження