第一方面，他為了提高自己父親酒廠的工作效率，成功的研究出了怎樣用電動機代替蒸汽機。最終因為支持電動機工作的能源鋅價格昂貴，不如蒸汽劃算而放棄了。但他的這一研究卻為蒸汽機的發展提供了重要的參考價值。
第二方面，焦耳在研究電動機的過程中，注意到了熱量的問題，于是開始研究電流。他不斷實驗，最終發現了規律，并進行總結和整理，得出了焦耳定律。這個定律提出電流通過導體，熱量高低與電阻和通電時間成正比。這一定律使電學有了很大的發展。
第三方面，他測定了熱和機械功之間的當量關系，這也是他最大的貢獻。他設計了一系列的實驗，不斷更換設備和材料，可最終所得的結果卻相差不大，并且隨著精度的提高，結果越來越相近。發現能量之間會發生轉換，并且總的質量是不會變的。在這樣的研究結果下提出了能量守恒定律，這一定律的提出有著劃時代的意義。
第四方面，關于氣體的研究，他做了一個實驗，研究氣體在膨脹和壓縮時溫度產生的變化。通過對氣體分子運動速度與溫度的關系研究，成功的計算出了氣體分子的運動速度。這一理論的提出，對后世研究氣體分子有著重要的貢獻，這些都是焦耳的貢獻。
焦耳的故事
焦耳的故事的第一個小故事就源于焦耳的學歷，焦耳沒有上學，沒有經歷過正統的教學，所以當他開始進行物理研究的時候，這一切的難度都遠遠超出了我們的想象，所以焦耳經歷了很多次的失敗，但是焦耳并沒有放棄，他開始在失敗中汲取經驗，然后在下一次實驗的時候避開先前所犯的錯誤，或者說無法避免的錯誤的話就在下一次的時候進行改正或者改進使之對實驗結果的影響不斷的降低，直至最后對實驗結果完全無影響。
