Enginyer de ferrocarrils, estudià física a Berlín amb Helmholtz. Fou professor a Baltimore, Maryland (1874). A instàncies de Helmholtz, demostrà que una càrrega elèctrica mòbil crea un camp magnètic mitjançant l’experiment que duu el seu nom (1876). Determinà també l’equivalent mecànic de la caloria amb el mètode de Joule (1880), però n'obtingué un valor més exacte: 4,184 joules per caloria entre 17° i 18° C. Estudià la permeabilitat magnètica (1873) i la resistència elèctrica. Fou també un dels creadors de l’espectroscòpia, que aplicà a les observacions del Sol. El 1895 arribà a determinar 20 000 ratlles de l’espectre solar, i hi identificà la presència de 39 elements químics.