അദ്ദേഹത്തിന്റെ ആദ്യത്തെ പ്രധാനപ്പെട്ട ശാസ്ത്രനേട്ടം, ഊർജ്ജ സംരക്ഷണത്തെക്കുറിച്ചുള്ള 1847 ലെ ഒരു പ്രബന്ധമാണ്, അദ്ദേഹത്തിന്റെ മെഡിക്കൽ പഠനങ്ങളുടെയും ദാർശനിക പശ്ചാത്തലത്തിന്റെയും പശ്ചാത്തലത്തിലാണ് ഇത് എഴുതിയത്. പേശികളുടെ രാസവിനിമയം പഠിക്കുന്നതിനിടയിലാണ് ഊർജ്ജ സംരക്ഷണത്തെക്കുറിച്ചുള്ള അദ്ദേഹത്തിന്റെ പ്രവർത്തനങ്ങൾ നടന്നത്. പേശികളുടെ ചലനത്തിന് ഊർജ്ജം നഷ്ടപ്പെടുന്നില്ലെന്ന് തെളിയിക്കാൻ അദ്ദേഹം ശ്രമിച്ചു, ഒരു പേശി നീക്കാൻ ആവശ്യമായ "ശക്തികളൊന്നും" ഇല്ലെന്നതിന്റെ സൂചനയാണ് ഇത്. ജർമ്മൻ ഫിസിയോളജിയിൽ അക്കാലത്ത് പ്രബലമായ ദാർശനിക മാതൃകയായിരുന്ന "നേച്ചർഫിലോസഫിയുടെ" പാരമ്പര്യത്തെ ഇത് നിരസിച്ചു. 

സാഡി കാർനോട്ട്, ബെനോയ്റ്റ് പോൾ എമൈൽ ക്ലാപെറോൺ, ജെയിംസ് പ്രെസ്കോട്ട് ജൂൾ എന്നിവരുടെ മുൻകാല കൃതികളെ ഉദ്ദരിച്ച് അദ്ദേഹം മെക്കാനിക്സ്, ചൂട്, വെളിച്ചം, വൈദ്യുതി, കാന്തികത എന്നിവ തമ്മിലുള്ള ബന്ധത്തെ വിശദീകരിച്ചു. അദ്ദേഹം തന്റെ സിദ്ധാന്തങ്ങൾ Über die Erhaltung der Kraft (On the Conservation of Force, 1847) എന്ന തന്റെ പുസ്തകത്തിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു 

1850 കളിലും 60 കളിലും വില്യം തോംസൺ, ഹെൽംഹോൾട്ട്സ്, വില്യം റാങ്കൈൻ എന്നിവരുടെ പ്രസിദ്ധീകരണങ്ങളിലൂടെ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ താപ മരണം എന്ന ആശയം പ്രചാരത്തിലായി. 

ഫ്ലൂയിഡ് ഡൈനാമിക്സിൽ ഹെൽ‌മോൾട്ട്സ്, അദൃശ്യ ദ്രാവകങ്ങളിലെ വോർടെക്സ് ഡൈനാമിക്സിനായുള്ള ഹെൽ‌മോൾട്ട്സിന്റെ സിദ്ധാന്തങ്ങൾ ഉൾപ്പെടെ നിരവധി സംഭാവനകൾ നൽകി. 

സെൻസറി ഫിസിയോളജി
വൈദ്യുതകാന്തികത
ഒഫ്താൽമിക് ഒപ്റ്റിക്സ്
മെക്കാനിക്സ്