マクスウェルの
電磁気学理論を発展させ、物質を荷電粒子の集合と考える電子論によって
光学的・電磁気学的なさまざまな現象を説明し、
電子の実在性を確立した。電子論によって
ゼーマン効果の理論的な説明に成功したことはそのもっとも代表的な業績といえる。また、荷電粒子が電場や磁場の中で力を受けることを導き、この力は現在
ローレンツ力と呼ばれている。1909年に
コロンビア大学での一連の講義(Ernest Kempton Adams Lecturerとして)を纏めて「Theory of Electrons」を出版した。