Estudià a les universitats de París, Heidelberg i Berlín, i el 1871 fou nomenat professor de física matemàtica a Yale. Els seus estudis versaren sobre termodinàmica química (aplicació de la primera llei de la termodinàmica i de la segona en l’estudi de l’equilibri de substàncies heterogènies). Establí les bases teòriques de la fisicoquímica i descobrí, juntament amb Helmholtz, l’equació que porta llur nom, com també la regla de les fases.