Ha condotto una serie di esperimenti, notoriamente con una ruota a paletta in un contenitore d'acqua, dimostrando che il lavoro meccanico svolto su un sistema potrebbe essere convertito direttamente in calore. Ciò ha portato alla formulazione della prima legge della termodinamica , che afferma che l'energia non può essere creata o distrutta, trasformata solo da una forma all'altra.
Il lavoro di Joule è stato cruciale per stabilire l'equivalenza di energia meccanica e termica, gettando le basi per lo sviluppo della termodinamica come scienza.
