Джеймс Джоуль оказал значительное влияние на развитие физических наук благодаря следующим достижениям:

• Обосновал на опытах закон сохранения энергии. 14 Это стало основой для нового научного направления — термодинамики. 2
• Установил закон, определяющий тепловое действие электрического тока. 1 Учёный открыл квадратичную зависимость между силой тока и выделенным этим током в проводнике количеством теплоты (закон Джоуля — Ленца). 1
• Вычислил скорость движения молекул газа и установил её зависимость от температуры. 1
• Экспериментально и теоретически изучал природу тепла и обнаружил её связь с механической работой. 1 Это позволило сформулировать первый закон термодинамики. 1
• Внёс вклад в технику физического эксперимента, усовершенствовал конструкции многих измерительных приборов. 1
• Способствовал появлению физики низких температур как отрасли естествознания, открыв эффект Джоуля — Томсона, который впоследствии стал одним из основных методов получения сверхнизких температур. 1

В честь Джоуля названа единица измерения энергии — джоуль. 1