Bordet 1894 és 1901 között a párizsi Pasteur Intézetben azt kutatta, hogyan pusztulnak el a baktériumok és a vörösvértestek a vérszérumban. Eredményei jelentősen hozzájárultak a szerológia, azaz a testfolyadékokban végbemenő immunreakciók tudományának megalapításához. 1895-ben fedezte fel, hogy a baktériumok sejtfalának felszakadása (a bakteriolízis) a szérum két komponensének a következménye: az egyik egy hőre nem érzékeny antitest, amely csakis a baktériummal szemben már immunis állatokban található meg; a másik a minden állatban megtalálható - ma komplement néven ismert - hőérzékeny anyag. Három évvel később Bordet felfedezte, hogy az idegen vörösvértestek szintén elpusztulnak a szérumban. Ez a hemolízisnek nevezett folyamat a bakteriolízissel analóg, és szintén kell hozzá a komplement.

Brüsszelben megalapította, és 1901-1940 között irányította a brabanti Pasteur Intézetet. Immunológiai kutatásait Octave Gengouval együtt folytatta. Munkájuk szolgáltatta az alapot sokféle olyan szerológiai teszthez, amellyel különféle hordozókat lehet kimutatni, köztük a kiütéses tífuszét, a tuberkulózisét és - ez a legismertebb példa - a vérbajét (Wassermann-próba).

 Gengouval 1906-ban fedezték fel a szamárköhögés kórokozóját, ezt ma Bordatella pertussis néven ismerjük. Bordet a Brüsszeli Egyetem professzora volt 1907-1935 között, itt a véralvadást, valamint a bakteriofágokat (baktériumokat megtámadó vírusokat) tanulmányozta.