Od 1912 profesor na Uniwersytecie Jagiellońskim, w katedrze fizyki doświadczalnej. Objął ją po Auguście Witkowskim, który długo wcześniej wskazał go jako swego następcę.
Smoluchowski był klasykiem fizyki statystycznej. Prowadził badania nad wyjaśnieniem ruchów Browna. Albert Einstein wykorzystał uzyskane przez niego wyniki przy formułowaniu teorii wyjaśniającej chaotyczne ruchy cząstekPais A.: Pan Bóg jest wyrafinowany. Nauka i życie Alberta Einsteina (tłum. P. Amsterdamski); Prószyński i S-ka, 2001.. Jedno z równań teorii dyfuzji jest znane jako równanie Smoluchowskiego. Sformułował zagadnienie zapadki brownowskiej, jako pomysł realizacji demona Maxwella. 15 lipca 1917 został wybrany na rektora UJ. Zmarł 5 września 1917 w Krakowie w wyniku dyzenterii. Wspomnienie o nim napisał m.in. Einstein.
Został pochowany na cmentarzu Rakowickim w Krakowie (kwatera D, płd.).
Ordery i odznaczenia Krzyż Komandorski Orderu Odrodzenia Polski (pośmiertnie, 11 listopada 1936) „za wybitne zasługi na polu nauki i wychowywania młodzieży w duchu patriotycznym położone w latach 1905–1918”.