Il contribua à l'élaboration de la théorie cinétique des gaz en étudiant la répartition des vitesses des molécules et calcula la valeur de leur libre parcours moyen. Il créa, en 1862, le concept de « courant de déplacement » apparaissant dans un diélectrique soumis à un champ électrique. Il reste surtout célèbre pour avoir, en 1873, donné les équations générales du champ électromagnétique et développé la théorie électromagnétique de la lumière, qu'il avait élaborée dès 1865.
