Isının mekanik iş ile olan ilişkisini keşfetti. Bu keşif, enerjinin korunumu teorisine ve oradan da termodinamiğin birinci kanunu'nun eldesini sağladı. SI sistemindeki iş birimi joule, onun adına ithafen verilmiştir. Lord Kelvin ile mutlak sıcaklık skalasını geliştirmiştir. Bir direnç üzerinden geçen elektrik akımının ısı yaydığını bulmuştur.
