电离理论的创立者，解释溶液中的元素是如何被电解分离的现象；研究过温度对化学反应速度的影响，得出著名的阿累尼乌斯公式；还提出了等氢离子现象理论、分子活化理论和盐的水解理论；对宇宙化学、天体物理学和生物化学等也有研究。1903年因建立电离学说获得诺贝尔化学奖
对胆汁酸及相关物质的结构的研究
对糖类的发酵以及发酵酶的研究
在化学过程研究中使用同位素作为示踪物
利用很短的能量脉冲对反应平衡进行扰动的方法，对高速化学反应的研究
对核糖核酸酶分子的活性中心的催化活性与其化学结构之间的关系的研究
对核酸的生物化学研究，特别是对重组DNA的研究
对光合反应中心的三维结构的测定
发展了有机合成的理论和方法学
