焦耳定律
1840年12月，他在英国皇家学会上宣读了关于电流生热的论文，提出电流通过导体产生热量的定律。
焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。内容是：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。焦耳定律数学表达式：Q=I?Rt（适用于所有电路）；对于纯电阻电路可推导出：Q=W=Pt;Q=UIt;Q=(U?/R)t
焦耳的主要成就
除了焦耳定律的发现以外，他还有以下几个成就：
热功当量的测定
焦耳的主要贡献是他钻研并测定了热和机械功之间的当量关系。此后，他用不同材料进行实验，并不断改进实验设计，结果发现尽管所用的方法、设备、材料各不相同，结果都相差不远；并且随着实验经度的提高，趋近于一定的数值。
最后他将多年的实验结果写成论文发表在英国皇家学会《哲学学报》1850年第140卷上，其中阐明：
第一，不论固体或液体，摩擦所产生的热量，总是与所耗的力的大小成比例。
第二，要产生使1磅水（在真空中称量，其温度在50～60华氏度之间）增加1华氏度的热量，需要耗用772磅重物下降1英尺的机械功。他经益求经，直到1878年还有测量结果的报告。
他近40年的研究工作，为热运动与其他运动的相互转换，运动守恒等问题，提供了无可置疑的证据，焦耳因此成为能量守恒定律的发现者之一。
焦耳-汤姆孙效应
1852年焦耳和w. 汤姆孙（即开尔文）发现气体自由膨胀时温度下降的现象，被称为焦耳-汤姆孙效应。这效应在低温和气体液化方面有广泛应用。他对蒸汽机的发展作了不少有价值的工作。
