1894-1897-ben fizikus asszisztensként katód- és röntgensugárzással foglalkozott. 1897-ben a tudományok doktora címet szerzett a katód- és röntgensugárzással kapcsolatos elméletéért. Még ugyanabban az évben a párizsi Sorbonne egyetem docense lett, 1910-ben professzori címet szerzett. Foglalkozott a gázok elektromos vezetőképességével is. Legismertebb munkája a kolloidok ezen belül elsősorban az úgynevezett Brown-mozgás vizsgálata. Eredményei ezen a területen megerősítették Einstein elméleti tanulmányát, mely szerint a kolloid részecskék a gáztörvényeknek megfelelően kell viselkedjenek és ebből következően a mólnyi gázra vonatkozó Avogadro szám kalkulálható. Vizsgálataival bizonyította az atomok és molekulák létét, amelyek módot adtak az atomi jellemzők mérésére. 1926-ban tüntették ki Nobel-díjjal az anyag nem folytonos szerkezetén végzett munkájáért, különösen a szedimentációs egyensúly felfedezéséért.