Английский физик, один из перво-открывателей закона сохранения энергии, член Лондонского королевского общества (с 1850 г.).в Солфорде. Получил домашнее образование. Первые уроки по физике ему давал Дж. Дальтон, под влиянием которого Джоуль начал свои экспериментальные исследования.

Научные работа посвящены электромагнетизму и теплоте. Открыл в 1840 г. явление магнитного насыщения, установил в 1841 г. зависимость количества тепла, выделяемого в проводнике при прохождении через него электрического тока, от величины тока и сопротивления проводника (закон Джоуля - Ленца), в 1843 г. первый вычислил механический эквивалент теплоты и пришел к закону сохранения энергии. Совместно с английским физиком У. Томсоном открыл в 1853-1854 гг. явление охлаждения газа при его адиабатическом расширении (эффект Джоуля -Томсона), используемое для сжижения газов, построил термодинамическую температурную шкалу, теоретически определил теплоемкость некоторых газов. Теплоту Джоуль рассматривал как движение частиц (1851 г.). Вычислил скорость движения молекул газа и установил ее зависимость от температуры.