1847年、
熱の仕事当量に関する論文を発表。ただし、この論文は学術誌には取り上げられず、マンチェスターの新聞に掲載されたのみであった。ジュールの実験により得られた熱の仕事当量は現在得られている値と1%以下の差という正確さであり、これは高々0.5℃の温度変化を±0.003℃の精度で測定することが求められるものだった。多くの研究者はこの成果に懐疑的であったが、
ウィリアム・トムソンは実験技術も含め、この結果を高く評価し、その後、広く受け入れられるようになった。これを契機にウィリアム・トムソンとの交友関係が始まり、共同研究の結果
ジュール=トムソン効果を発見した。1850年、
王立協会の会員に選出された。1870年、王立協会より
コプリ・メダルを受賞。