Il a observé que les grains de pollen, même s'ils étaient inanimés, se déplaçaient constamment d'une manière apparemment chaotique et imprévisible. Il s'agissait d'une découverte significative car elle a fourni des preuves de l'existence d'atomes et de molécules, qui n'étaient pas encore largement acceptées à l'époque.
L'observation de Brown a conduit à de nouvelles recherches sur la nature de la matière et a aidé à jeter les bases du développement de la mécanique statistique.