Estudià a la Universitat de Dorpat i fou professor a Riga (1881) i a Leipzig (1887). Amb les seves investigacions a Leipzig i amb la fundació de la revista Zeitschrift für physikalische Chemie (1887) posà les bases d’una nova ciència, la química física, a la qual aportà les seves teories sobre la dissociació electrolítica, el mecanisme dels indicadors, la cristal·lització, etc. Establí (1888) la llei de dilució que porta el seu nom, estudià la catàlisi i desenvolupà una nova teoria del color. Com a filòsof de la ciència, hom el recorda per la seva obra Vorlesungen über Naturphilosophie (‘Lliçons sobre filosofia natural’, 1902). Rebé el premi Nobel de química l’any 1909.