Fou professor a la Universitat de Glasgow. És un dels creadors de la termodinàmica, en el qual camp féu nombroses aportacions. Treballà en diverses màquines i motors tèrmics (de vapor, d’aire calent, etc) i ideà el cicle que duu el seu nom. Estudià també l’equilibri dels cossos elàstics. Publicà nombroses obres i articles, com A Manual of Steam Engine (1859) i Miscellaneous Scientific Papers (1881, obra pòstuma).