Fou professor de química orgànica al Collège de France (1861-1907) i a la facultat de farmàcia de París (1859-61). Elegit senador vitalici el 1881, fou ministre d’instrucció pública (1886-87) i d’afers estrangers (1895-96). Treballà en gairebé totes les branques de la química i, en algunes, hi féu aportacions fonamentals. Obtingué l’esterificació de la glicerina, cosa que hom pot considerar un dels primers assaigs fets per sintetitzar productes naturals. Reeixí en la síntesi de diversos alcohols i de l’acetilè, i, a partir d’aquest darrer, en la d’una sèrie de productes naturals, i contribuí així a mostrar que la formació d’aquests darrers no és facultat exclusiva de la natura, la qual cosa provocà una revolució en la concepció dels fenòmens naturals i donà un gran impuls al desenvolupament de la química orgànica. L’estudi de la síntesi de l’àcid fòrmic el portà a investigar les calors absorbides o despreses en les reaccions químiques, la qual cosa féu que el 1879 enunciés, al mateix temps que Julius Thomsen, el principi de Thomsen-Berthelot.