1、 焦耳定律的發現
1840年12月，他在英國皇家學會上宣讀了關於電流生熱的論文，提出電流通過導體產生熱量的定律；由於不久э.х.楞次也獨立地發現了同樣的定律，而被稱爲焦耳-楞次定律。
2、 熱功當量的測定
焦耳的主要貢獻是他鑽研並測定了熱和機械功之間的當量關係。第一，不論固體或液體，摩擦所產生的熱量，總是與所耗的力的大小成比例。第二，要產生使1磅水增加1華氏度的熱量，需要耗用772磅重物下降1英尺的機械功。他精益求精，直到1878年還有測量結果的報告。他近40年的研究工作，爲熱運動與其他運動的相互轉換，運動守恆等問題，提供了無可置疑的證據，焦耳因此成爲能量守恆定律的發現者之一。
3、 焦耳-湯姆孫效應
1852年焦耳和即開爾文發現氣體自由膨脹時溫度下降的現象，被稱爲焦耳-湯姆孫效應。這效應在低溫和氣體液化方面有廣泛應用。他對蒸汽機的發展作了不少有價值的工作。
