第一方面，他为了提高自己父亲酒厂的工作效率，成功的研究出了怎样用电动机代替蒸汽机。最终因为支持电动机工作的能源锌价格昂贵，不如蒸汽划算而放弃了。但他的这一研究却为蒸汽机的发展提供了重要的参考价值。
第二方面，焦耳在研究电动机的过程中，注意到了热量的问题，于是开始研究电流。他不断实验，最终发现了规律，并进行总结和整理，得出了焦耳定律。这个定律提出电流通过导体，热量高低与电阻和通电时间成正比。这一定律使电学有了很大的发展。
第三方面，他测定了热和机械功之间的当量关系，这也是他最大的贡献。他设计了一系列的实验，不断更换设备和材料，可最终所得的结果却相差不大，并且随着精度的提高，结果越来越相近。发现能量之间会发生转换，并且总的质量是不会变的。在这样的研究结果下提出了能量守恒定律，这一定律的提出有着划时代的意义。
第四方面，关于气体的研究，他做了一个实验，研究气体在膨胀和压缩时温度产生的变化。通过对气体分子运动速度与温度的关系研究，成功的计算出了气体分子的运动速度。这一理论的提出，对后世研究气体分子有着重要的贡献，这些都是焦耳的贡献。
焦耳的故事
焦耳的故事的第一个小故事就源于焦耳的学历，焦耳没有上学，没有经历过正统的教学，所以当他开始进行物理研究的时候，这一切的难度都远远超出了我们的想象，所以焦耳经历了很多次的失败，但是焦耳并没有放弃，他开始在失败中汲取经验，然后在下一次实验的时候避开先前所犯的错误，或者说无法避免的错误的话就在下一次的时候进行改正或者改进使之对实验结果的影响不断的降低，直至最后对实验结果完全无影响。