Párizsban a Collège Rollin, az École Politechnique (Műszaki Főiskola) és az École des Mines (Bányászati Főiskola) növendéke volt. Két évig bányamérnökként dolgozott, majd 1877-ben az École des Mines kémiaprofesszorává nevezték ki. Szaktekintély volt a metallurgiában, a cementek, az üvegek, a fűtő- és robbanóanyagok terén, de érdeklődése végül a hő tanulmányozása felé fordult. A magas hőmérsékletek mérésére kifejlesztett egy platina-ródium hőelemet (elektromos hőmérő), optikai pirométert alkotott, amely a hőforrás fényének elemzésével ugyancsak magas hőmérsékletek mérésére alkalmas. Le Chatelier először 1884-ben nyilatkoztatta ki a később róla elnevezett elvet, és a nyomás, valamint más feltételek változásainak hatását a Loi de stabilité de l'equilibre chimique (A kémiai egyensúly stabilitásának törvénye; 1888) c. művében tárgyalta. Egy ideig nem tudott arról, hogy következtetéseit J. Willard Gibbs amerikai fizikus korábbi eredményei részben már tartalmazták; Gibbs műveit később Le Chatelier fordította franciára.
Le Chatelier javaslatára (1895) fejlesztették ki a fémek hegesztésére, darabolására használt acetilénvágót. A Párizsi Egyetemen 1908-ban lett a kémia professzora, 1914-től 1918-ig a Hadfelszerelési Minisztériumban dolgozott.
A Le Chatelier-elv kimondja: ha valamely rendszert (anyagot vagy anyagok
halmazát) egyensúlyi állapotában megzavarnak,
a rendszer úgy állítja helyre az egyensúlyát,
hogy a zavaró hatást semlegesíti. Az elv a reverzilis
kémiai reakciók példáján szemléltethető,
ilyen például az ammónia keletkezése hidrogénből
és nitrogénből. A reakciót leíró
egyenlet: 3H2 + N2 <=> 2NH3. A "kettős
nyíl" arra utal, hogy - a körülményektől függően - a folyamatban
ammónia keletkezhet, de el is
bomolhat. Az ammóniát létrehozó reakció
hőfejlődéssel, a bomlási folyamat hőelnyeléssel
jár. Egyensúlyi állapotban - vagyis ha az ammónia keletkezésének, ill.
bomlásának sebessége éppen egyenlő a gázelegyben - meghatározott arányban
van jelen ammónia, hidrogén és nitrogén.
A Le Chatelier-elv szerint a keverék melegítésével
úgy tolódnak el az egyensúlyi arányok, hogy
a hőmérséklet emelkedése a lehető legkisebb
legyen: vagyis a hőelnyeléssel járó folyamatot
részesíti előnyben a melegített rendszer. Hő
bevitelére tehát az ammónia bomlása kerül
előtérbe, minthogy ez a hőelnyelő folyamat.
A koncentrációk mindaddig változnak, amíg a
rendszer nem kerül újra egyensúlyi állapotba;
ám ekkor már kevesebb ammónia, valamint több
hidrogén és nitrogén lesz jelen. A Le Chatelier-elv
tehát jelzi, hogy a hőmérséklet növekedésével
a folyamat egyre kevesebb ammóniát szolgáltat. Az
amónnia ipari gyártását ezért végzik
lehetőleg alacsony hőmérsékleten, egyúttal - megint csak a Le Chatelier-elv
értelmében - nagy nyomást
is alkalmaznak: a fenti reakcióegyenlet szerint a reakció
során a molekulák száma, tehát az elegy térfogata
csökken, mégpedig ennek a folyamatnak a nagy nyomás
kedvez. A Le Chatelier-elv nemcsak a megfordítható kémiai
reakciókra érvényes, hanem a megfordítható
fizikai folyamatokra, például a párolgásra
és a kristályosodásra is.