En 1847, il introduisit la notion d'énergie potentielle et donna l'énoncé du principe de conservation de l'énergie. En acoustique, il interpréta le timbre des sons par l'existence d'harmoniques superposés et imagina les résonateurs qui portent son nom, permettant de faire l'analyse et la synthèse des sons complexes. Ses travaux sur la physiologie de la vue et de l'ouïe l'amenèrent à mesurer la vitesse de l'influx nerveux (1850).
