Mach ist heute vor allem durch die nach ihm benannte Einheit Mach, der Geschwindigkeit relativ zur Schallgeschwindigkeit, bekannt, obwohl er auch auf philosophischem Gebiet Großes geleistet hat. So gilt er als Mitbegründer oder immerhin als einer der einflussreichsten Vertreter des Empiriokritizismus und auch als Wegbereiter der Gestaltpsychologie bzw. Gestalttheorie.

Nach seinen beiden großen Entdeckungen (die Bogengänge in dem Innenohr als Gleichgewichtsorgane und die spezielle Technik der Fotografie von Projektilen bei Überschallgeschwindigkeit ) wandte sich Ernst Mach mehr und mehr der Wissenschaftsgeschichte und der Philosophie zu.

Als absoluter und kämpferischer Gegner jeder Form der Metaphysik und glühender Anhänger der Aufklärung, die er als eigentlicher Befreiung des Menschen empfand kam er zu seiner eigenen „Denkökonomie“. Als Empiriker (Alles, was von der Welt erfahrbar sei, sei eine Folge der Sinneseindrücke, daher sei die Möglichkeit der Messbarkeit das einzig wirklich wichtige Kriterium) standen für ihn die Sinne und Reizwahrnehmungen in dem Mittelpunkt; er stellte die These auf, dass in diesem Bereich der Mensch stets den Wahrnehmungsprozess auswähle, der am ökonomischsten sei. Er suche stets nach den besten Möglichkeiten, diesen Prozess aus den anderen auszusortieren, die beste und schnellste Kalkulationsmöglichkeit zu finden.

Den Wissenschaften wies er den Platz zu, die Welt und die Empfindungen der Menschen für sie möglichst einfach und neutral zu beschreiben., ein kompromissloser Reduktionismus sollte das Leitbild der Wissenschaft sein. Daher waren für ihn die Physik als Erklärungsmethode der Welt und die Psychologie als die für unsere Empfindungen die eigentlichen Grundlagen für ein aufgeklärtes Weltverständnis.

Unnötig, ja gefährlich waren für Mach Diskussionen über Wahrheit oder Unwahrheit von Theorien, einzig der Nutzen der Theorie sei relevant. Wahrheit als etwas für sich Existierendes, Objektives und Dauerhaftes existiert nicht. Wissenschaftliche Ideen entstehen und entwickeln sich nach einem evolutionären Prinzip, ca. die stärksten, also die ökonomischsten und empirisch klarsten Ideen setzten sich durch, würden zu einer temporären Diskussions-Wahrheit. Jede Idee, und dies galt für Mach vor allem für wissenschaftliche Ideen, wird vom Menschen aus rein ökonomischen Gründen entwickelt, sie hat ca. den Zweck, die Überlebensfähigkeit des Menschen zu erhöhen. Physikalische Theorien waren für Mach stets mathematisch organisierte Natur-Beschreibungen und nicht mehr; ähnlich sah er die Psychologie als Lieferantin von Beschreibungen von Empfindungserfahrungen.

Die Auseinandersetzung mit diesen Ideen, die anfangs des letzten Jahrhunderts populär und häufig diskutiert wurden, erfolgte in unterschiedlichen Kreisen; Planck und andere kritisierten seine evolutionsbiologische Ideenlehre als metaphysische Spekulation. Mach wurde von Marxisten wie Lenin studiert, der Wiener Kreis (vormals Ernst-Mach-Gesellschaft ) mit u.a. Rudolf Carnap, Kurt Gödel und zeitweise auch Karl Popper stützte sich auf Mach neben Wittgenstein. Aber auch Literaten wie Robert Musil und Hugo von Hofmannsthal und auch ein Albert Einstein erkannten seine Bedeutung.

Ende des 19. Jahrhunderts begann die „Arbeitswut“ Ernst Machs nach einem Schlaganfall nachzulassen. Er wurde vor seinem Tod 1916 zwar nie ein Anhänger der Relativitätstheorie (die ihm zu exotisch, auch weil sinnlich nicht direkt erfahrbar war), doch seinem heute fast unbekanntem, sehr großem Einfluss in Wissenschaft und Öffentlichkeit ist es mit zu verdanken, dass gerade in Wien und Österreich so viele und wichtige Forschungsprojekte durchgeführt wurden. Das Elektron und das Quant waren für Mach ideale, weil messbare und dimensionierte Objekte der physikalischen Forschung, die so den beschreibenden und reduktionistischen Anspruch Machs an die Physik voll erfüllten.

Mach beschäftigte sich neben der Philosophie mit der Analyse der Grundlagen der Mechanik und warf dabei einige Fragen in dem Zusammenhang mit dem Machschen Prinzip auf, die ihn zu dem Wegbereiter der Allgemeinen Relativitätstheorie machten. Einstein selbst genannte sich anfangs als "Schüler" Machs, später distanzierte er sich allerdings von den philosophischen Ansichten Machs.

Zusätzlich wies Mach den Doppler-Effekt experimentell nach.

Statt nun einen bewegten Körper auf den Raum (auf ein Koordinatensystem) zu beziehen, wollen wir direkt sein Verhalten zu den Körpern des Weltraumes betrachten, durch welches jenes Koordinatensystem allein bestimmt werden kann. Voneinander sehr entfernte Körper, welche in bezug auf andere ferne festliegende Körper sich mit konstanter Richtung und Geschwindigkeit bewegen, ändern ihre gegenseitige Entfernung der Zeit proportional... Die eben angestellten Betrachtungen zeigen, dass wir nicht nötig haben, das Trägheitsgesetz auf einen besonderen absoluten Raum zu beziehen. Vielmehr erkennen wir, dass sowohl jene Massen, welche nach der gewöhnlichen Ausdrucksweise Kräfte aufeinander ausüben, als auch jene, welche keine ausüben, zueinander in gleichartigen Beschleunigungsbeziehungen stehen, und zwar kann man alle Massen als untereinander in Beziehung bestehend betrachten... Wenngleich auch ich erwarte, dass astronomische Beobachtungen zunächst ca. sehr unscheinbare Korrektionen notwendig machen werden, so halte ich es doch für möglich, dass der Trägheitssatz in seiner einfachen Newtonschen Form für uns Menschen ca. örtliche und zeitliche Bedeutung hat.