亥姆霍兹在这次著名的讲演中，详细地从当时已有的科学成果第一次以数学方式提出今天大家理解的能量守恒定律。主要的论点是：①一切科学都可以归结到力学；②证明了牛顿力学和拉格朗日力学在数学上是等价的，因而可以用拉格朗日的方法以力所传递的能量或它所作的功来量度力；③所有这种能量是守恒的。

　　他发展了J.R.迈尔、J.P.焦耳等人的工作,讨论了当时已知的力学的、热学的、电学的、化学的各种科学成果，严谨地论证了各种运动中能量的守恒定律。这次讲演的内容后来写成专著《力之守恒》。

　　在柯尼斯堡工作期间，亥姆霍兹测量了神经刺激的传播速度，发表了生理力学和生理光学方面的研究成果，并在德国各大学讲学。他还在1851年发明至今仍为眼科检查使用的检眼镜，并且提出了这种仪器的数学理论。1853年他第一次访问英国，同W.汤姆孙（即开尔文）成为挚友。

　　亥姆霍兹在1855年转到波恩大学任解剖学和生理学教授，就在这时出版了《生理学手册》的第一卷，并开始致力于流体力学的涡流研究。1857年起他担任海德堡大学的生理学教授。他利用共鸣器(称亥姆霍兹共鸣器)来分离并加强声音的谐音。他指出同一频率和同一音强的声音由于倍频的不同而具有不同音色。1863年出版了他的巨著《音调的生理基础》。他还在当时的解剖学基础上研究人耳的听觉。

　　1868年亥姆霍兹认为生理学已经扩大到不是一个人所能掌握的范围了；并且认为在德国，生理学已很有成就，而物理学却停滞不前；于是他转向物理学，于1871年任柏林大学物理学教授。

　在柏林，他开始研究电磁作用理论，由于他的一系列讲演，J.C.麦克斯韦的电磁理论才真正引起欧洲大陆物理学家的注意，并且导致他的学生H.R.赫兹在电磁波的研究中取得巨大的成就。他还研究过化学过程中的热力学，在1882年发表论文《化学过程的热力学》；把化学反应中的“束缚的”和“自由的”能量区别开来，前者只能转化为热，而后者却可以转化为其他形式的能量。从R.克劳修斯的方程，亥姆霍兹推导出早于J.W.吉布斯提出的方程此方程后来被称为吉布斯－亥姆霍兹方程,其中□ 是自由能，是总内能，是热力学温度，就是熵。在吉布斯的转述中，应当是焓。

　　亥姆霍兹不仅对当时的医学、生理学和物理学有重大的贡献，而且还一直致力于哲学认识论。L.玻耳兹曼曾经说过：“亥姆霍兹在四个领域中──哲学、数学、物理学和生物学──获得同样巨大成就。”他的“关于力的守恒”的讲演,就显示出他在这四个领域的成就,他把牛顿力学同拉格朗日力学统一起来，把当时生理学理论的“有生命力的”能量归结为物理学的能量，用数学形式表述了物理学和化学过程中能量转化的统一，而在这篇专论的开头，就提出他在认识论上的信念：世界是物质的，而物质必定守恒。

　　他在哲学上是机械唯物论者，企图把一切运动归结为力学。这是当时文化、社会、历史的条件给予他的限制。

       亥姆霍兹和韦伯之间的争论也使亥姆霍兹和韦伯两人之间的友好关系逐渐恶化，以致于在1881 年的第一届国际计量大会上，亥姆霍兹坚持采用“安培”而不用“韦伯”来表示电流的单位。

        由于麦克斯韦理论自身存在的困难，想了解其理论的人望而却步，而亥姆霍兹在超距作用的势理论的基础上，引进了极化介质概念，将麦克斯韦理论作为其在k = 0 ,χ0 →∞的情况下的一个特例，使它易于被接受了。欧洲大陆物理学家正是通过亥姆霍兹的工作来认识和了解麦克斯韦理论的精髓的。正如赫兹所说：“曾热衷于麦克斯韦理论的许多人，即使不为罕见的数学困难所吓倒，也终究被迫放弃了使自己的思想与麦克斯韦思想一致的希望.虽然我对麦克斯韦的数学思想极为崇拜,但是我并不总是觉得我能非常准确地把握他的理论的物理意义。因此,对我来说,用麦克斯韦的书来直接指导我的实验是不可能的,指导我的只有亥姆霍兹的工作。