Celo desetletje je določal toplote, ki se sproščajo v vseh mogočih procesih: npr. vodo in živo srebro je mešaj v posodah z lopaticami, tekočine je potiskal po ceveh z raznimi vstavki, razpenjal in stiskal je pline itd. V vseh teh primerih je izračunal delo, ki ga je opazovani sistem sprejel in količino sproščene toplote in dokazal, da sta količini tesno povezani - določil je t.i. mehanski ekvivalent toplote.Seveda pa njegovih znanstvenih spoznanj takratni čas ni takoj sprejel. Njegova poročila o poskusih so v večini zavračali vsi znanstveni časopisi, toda to ga ni motilo; še z večjo vnemo in vztrajnostjo je delal in javnost obveščal na druge načine. Sodeloval je tudi s Thomsonom - Kelvinom (Joule-Thomsonov pojav), izvajal je poskuse z električnim tokom in določil zakonitosti t.i. joulske toplote (Q=I2RT), odkril magnetostrikcijo itd.
Leta 1850 je bil izvoljen v kraljevsko družbo in od takrat dalje so ga izredno cenili. V obdobju 1872 - 1887 je bil celo predsednik pri Britanskem združenju za napredek znanosti. Umrl je 11. 10. 1889 v Saleu. Za izjemne zasluge na področju proučevanja toplote je bila po njemu imenovana enota za delo - joule (J).