A zürichi, grazi és würzburgi egyetemi tanulmányok után Nernst 1887-ben Wilhelm Ostwald asszisztense lett. Ostwald, Jacobus van't Hoff és Svante Arrhenius fejlesztette önálló tudományággá a fizikai-kémiát. 1890-ben Nernst megkapta kinevezését a Göttingeni Egyetem fizikai tanszékére. 1905-től a Berlini Egyetemen folytatta kutatásait; 1924 és 1933 között ő vezette az egyetem kísérleti fizikai tanszékét.
A galvánelemek elméletének, a kémiai egyensúlyok termodinamikájának, a magas hőmérsékletű gőzök, valamint az alacsony hőmérsékletű szilárd anyagok tulajdonságainak és a fotokémiai folyamatok mechanizmusának vizsgálata terén Nernst olyan eredményeket ért el, amelyek mind ipari, mind tudományos szempontból jelentősek.
Nernst az alkalmazott tudomány iránt is érdeklődött.
Feltalált egy módosított villanylámpát
és egy elektronikusan erősített zongorát. Nagy
hatású elméleti kémia tankönyve 1893-ban
jelent meg először. Későbbi éveiben főként
asztrofizikai elméletekkel foglalkozott.