康尼查罗推动建立的分子-原子学说，在理论上的确说服了当时的科学界，但是科学要求实证，也就是要求实践，实验能直接证明一种猜测或理论。的确，谁也没有看见过分子和原子，也不知道构成我们周围的物质如水、盐、糖的最小微粒究竟是什么。这些在科学家们的头脑中仍是一个疑问。
1827年英国植物学家布朗报告他在显微镜下观察到漂浮在水中的花粉的微粒在做颤抖的直线运动。他还进一步考察了各种物质如煤、灰尘、植物、树脂等，只要弄成足够小的微粒，都会发生这种运动，这就是布朗运动。布朗微粒是不是就是科学家们日夜想见到的分子呢？这个问题难倒了19世纪的所有科学大师。1905年大科学家爱因斯坦对布朗运动进行了深入研究，对此做了否定回答。他经过严密的数学计算，认为布朗运动是分子不规则运动的结果，微粒受到介质（通常是水）分子的撞击不平衡，因而运动，但不是分子本身运动。爱因斯坦认为真正的分子要比布朗微粒小得多。但无论如何，布朗运动仍然是分子存在的有力证据。
19世纪末和20世纪初由于放射性元素的发现，电子的发现等直接冲击了分子-原子学说的基础，表明原子是可以分割的；而能量的研究及其他理论研究取得了很多成果，于是科学界流传着物质消失了，只剩下能量，物质是没有的，只有感觉还存在等论调。例如，有的人提出，我们吃的苹果是由红色、绿色、硬、酸味、甜味、圆形等按不同比例组成的，科学就是要研究这种感觉的比例，而不是研究苹果这种物质本身。有许多科学家都持这种论点，造成科学界思想的很大混乱。这样，就迫切需要证实分子的真实性，取得分子存在的第一手材料。法国科学家佩兰在1908-1910年通过3年的努力，出色地完成了这个历史任务，他也因此于1926年获得诺贝尔奖。
佩兰的工作是以爱因斯坦对布朗运动的研究为基础的，即在地球引力作用下粒子（也称为质点）随高度而分布不同。
例如，空气的压力随离地面的距离增加而减小，大气层所处的位置愈高气体的分子浓度也愈低。假如人们在统计各个质点数的实验中，能够证明按照分子运动论计算的正确性，那么分子存在的真实性也就被证实了。
分子太小，看不见，摸不着，佩兰用比分子大的小颗粒克服了这个困难。他用某些树脂如藤黄经过仔细研磨，制得了半径几乎相同的小球，它们很容易在显微镜下看到。知道小球的半径与制造材料的密度，容易算出其质量。把这些小球与水（或其他液体如甘油，作实验介质用）在小玻璃箱中混合，它们起先均匀充填在整个容器中，放置一段时间后就按高度建立起质点的平衡分布。用显微镜计数不同高度单位视野内的质点，可以核对结果是否与爱因斯坦的理论要求相符。
这个研究中最困难的是制备一定大小的微球。佩兰写道：“我必须加工1千克藤黄，才能在数月内获得一部分约数百毫克所希望的小颗粒。”实验在很不相同的条件下进行：温度在-9～55摄氏度；介质黏度为1～330；小球质量在1～7000内变动等。条件变得越多，结果将更可靠。佩兰顽强地耐心地工作着，科学研究就需要这种执着精神。他计数了很多不同高度的小球，例如在一个用半径为0.21微米的藤黄小球的实验中，在离器底5、35、65及95微米处计数。按照理论，在这些高度上的质点数在给定条件下应呈100：48：23：11分布。在实验过程中，总共数过13000个小球，并且按照高度求得的相对分布为100：47：23：12。佩兰的结果无论在质点按高度分布方面，或在考验由分子运动学说推引出来的其他结构方面，都与理论要求出色地一致。至此，经过各代科学家100多年的努力，人们再也不怀疑分子-原子学说了，奇谈怪论也消失了。
不过，如果你认为分子已研究得差不多了，科学该停滞了，那就错啦！不断进取是科学的宝贵特点。人们在不倦地追求新的成果，力图直接看到分子和原子。想当年，观测布朗运动用的显微镜只能放大300倍左右，佩兰所用的光学显微镜效果好些，可放大1500倍，但并没有本质的不同，他们未能实现科学家们的夙愿。1955年，美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员发明了能将针尖大的物体放大500万倍的场离子显微镜，人们才第一次看到了单个原子的形貌。1977年日本东京大学的科学家，用500千伏的电子显微镜拍摄到了氯化铜-酞菁染料的分子照片。这些观测结果告诉我们：原子、分子是很小很小的，一般原子的直径不到1厘米的亿分之一；分子的体积比原子大一些，一个水分子的直径是28×10-8厘米，即使将1亿个水分子排成一列长队，也只有一粒花生米那么长。1982年IBM公司研制成功了扫描隧道显微镜（STM），它可以观察到单个原子在物质表面的排列，此成果获得了1986年诺贝尔奖。20世纪90年代中国科学院化学所的科学家们用自行研制的扫描隧道显微镜观察到了磷脂头在细胞膜表面的排列情况。
这样，长达千百年的争论结束了。任何物质都是由原子、分子组成的，分子的真实存在是勿庸置疑的，分子的魅力是永恒的。
