Professor der Chemie an der École Polytechnique und Professor der Physik an der Sorbonne. Professor und Mitglied des Institut de France.

Gay-Lussac war ein äußerst vielseitiger Chemiker, der die anorganische, organische, analytische und physikalische Chemie durch zahlreiche Entdeckungen bereicherte. Das von ihm entdeckte Gesetz der multiplen Volumina (1808) besagt, daß Gase sich nicht nur nach einfachen Raumverhältnissen vereinigen, sondern daß auch das Volumen der entstandenen Verbindung zu den Volumina der in die Verbindung eingegangenen Gase in einem einfachen Verhältnis steht. Das "Gay-Lussac'sche Gesetz" (1816) regelt die Beziehungen zwischen Gasvolumen und Temperatur. 1820 wurde die Unabhängigkeit der spezifischen Wärme eines idealen Gases vom Volumen entdeckt. Gemeinsam mit Thénard entwickelte Gay-Lussac die organische Elementaranalyse, er studierte das Element Jod und die Verbindung des Cyans, stellte Glukose aus Cellulose dar und erwarb sich Verdienste um die Fabrikation von Steinkohlengas und von Schwefelsäure.