1802 – Gay-Lussac pertama kali merumuskan Hukum Gay-Lussac, yang menyatakan bahwa jika massa dan volume dari sebuah gas dipertahankan konstan, maka tekanan gas akan meningkat beriringan dengan meningkatnya suhu. Hukum ini sering ditulis P = k T, dimana k adalah sebuah konstanta yang bergantung pada massa dan volume dari gas tersebut dan T adalah suhu gas tersebut.
1804 – Gay-Lussac dan Jean-Baptiste Biot menerbangkan balon udara ke ketinggian 7.016 meter (23.018 ft) untuk mengadakan investigasi pada atmosfer bumi. Ia ingin mengumpulkan sampel udara di ketinggian yang berbeda-beda untuk mengetahui perbedaan suhu dan kelembapannya.
1805 – Bersama dengan temannya, Alexander von Humboldt, ia menemukan bahwa komposisi atmosfer tidak berubah seiring perubahan tekanan (perubahan tinggi). Mereka juga menemukan bahwa air terdiri dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen
1810 – Bersama Louis Thenard, ia mengembangkan sebuah metode analisis kuantitatif elemen dengan mengukur CO2 dan O2 yang mengalami reaksi dengan kalium klorida.
1811 – Ia mengenali iodin sebagai sebuah elemen baru, dan mendeskripsikan isinya, ia juga yang mengusulkan nama iode.[1]
1824 – Ia mengembangkan "pipette" and "burette", sebagai standar dalam percobaan kimia.[2]
Di Paris, sebuah jalan dan sebuah hotel di dekat Sorbonne dinamai sesuai namanya. Sebuah taman kota dan sebuah jalan di tempat lahirnya, Saint-Léonard-de-Noblat, juga dinamai sesuai namanya.
Gay-Lussac, L. J.; von Humboldt, A. (1805). "Expérience sur les moyens oediométriques et sur la proportion des principes constituents de l'atmosphère". Journal de Physique. 60.