Герман Людвіг Фердинанд Гельмгольц народився 31 серпня 1821 року в родині Потсдамського вчителя гімназії. За бажанням батька, в 1838 році Герман поступив у військово-медичний інститут Фрідріха Вільгельма для вивчення медицини. Під впливом знаменитого фізіолога Йоганна Мюллера, Гельмгольц присвятив себе вивченню фізіології і прослухавши курсу інституту захистив у 1842 році докторську дисертацію, присвячену будові нервової системи. У цій роботі двадцятидворічний лікар вперше довів існування цілісних структурних елементів нервової тканини, які отримали пізніше назву нейронів.
  У тому ж році Герман призначається ординатором в лікарню в Берліні. З 1843 року почався службовий шлях Гельмгольца в якості Потсдамського військового лікаря. Жив він в казармі і вставав о п'ятій годині ранку за сигналом кавалерійської труби. Але ескадронний хірург гусарського полку знаходив час і для занять наукою. У 1845 році він прощається з військовою службою і їде до Берліна для підготовки до державних іспитів на звання лікаря. Гельмгольц старанно займається в домашній фізичній лабораторії Густава Магнуса.
  Іншим вчителем Гельмгольца в Берліні був Йоганн Мюллер. Багато пізніше 2 листопада 1871, на вшануванні Гельмгольца з нагоди його сімдесятиріччя він виголосив промову, в якій охарактеризував свій науковий шлях. Він вказав, що під впливом Йоганна Мюллера зацікавився питанням про загадкову іститу життєвої сили. Розмірковуючи над цією проблемою, Гельмгольц в останній рік студентства прийшов до висновку, що теорія життєвої сили «приписує кожному живому тілу властивості так званого perpetuum mobile». Гельмгольц був знайомий з проблемою вічного двигуна зі шкільних років, а в студентські роки «у вільні хвилини ... розшукував і переглядав твори Данила Бернуллі, Даламбера та інших математиків минулого століття».«Таким чином, я, - говорив Гельмгольц, - натрапив на питання:" Яке відношення має існувати між різними силами природи, якщо прийняти, що perpetuum mobile взагалі неможливий? "- І далі:" Чи виконуються в дійсності всі ці відношення
  Наукове розвиток Гельмгольца відбувалося, таким чином, в сприятливій обстановці підвищеного інтересу до природознавства в Берліні. Вже в першому томі «Успіхів фізики, 1845», що вийшов у Берліні в 1847 році, був надрукований огляд, виконаний Гельмгольцем з теорії фізіологічних теплових явищ. 23 липня 1847 він зробив на засіданні Берлінського фізичного товариства доповідь «Про збереження сили". У тому ж році він був опублікований окремою брошурою.
   Авторитети в той час «були схильні відкидати справедливість закону; серед тієї запеклої боротьби, яку вони вели з натурфілософією Гегеля, і моя робота була визнана за фантастику ...». Однак Гельмгольц не був самотній, його підтримала наукова молодь, і, перш за все, майбутній знаменитий фізіолог Дюбуа Реймон і молоде Берлінське фізичне товариство.
Що ж стосується ставлення його до робіт попередників Майера і Джоуля, то Гельмгольц неодноразово визнавав пріоритет Майера і Джоуля, підкреслюючи, проте, що з роботою Майера він не був знайомий, а роботи Джоуля знав недостатньо.
  На відміну від своїх попередників він пов'язує закон з принципом неможливості вічного двигуна. Матерію Гельмгольц розглядає як пасивну і нерухому. Для того щоб описати зміни, що відбуваються у світі, її треба наділити силами як притягує, так і відштовхують. «Явища природи, - говорить Гельмгольц, - повинні бути зведені до рухів матерії з незмінними рушійними силами, які залежать тільки від просторових взаємин».
  Таким чином, світ, за Гельмгольцом, - це сукупність матеріальних точок, що взаємодіють один з одним з центральними силами. Сили ці консервативні, і Гельмгольц у основу свого дослідження ставить принцип збереження живої сили. Принцип Майера «із нічого нічого не буває» Гельмгольц замінює більш конкретним становищем, що «неможливо при існуванні будь-якої довільної комбінації тел отримувати безперервну з нічого рушійну силу».
   Принцип збереження живої сили в його формулюванні говорить: «Якщо будь-яке число рухомих матеріальних точок рухається тільки під впливом таких сил, які залежать від взаємодії точок один на одного або які спрямовані до нерухомих центрів, то сума живих сил усіх взятих разом точок залишиться одна і та ж в усі моменти часу, в які всі точки отримують ті ж самі відносні положення один по відношенню до одного і по відношенню до існуючих нерухомих центрів, які б не були їхні траєкторії і швидкості в проміжках між відповідними моментами ».
Сформулювавши цей принцип, Гельмгольц розглядає його застосування в різних приватних випадках. Розглядаючи електричні явища, Гельмгольц знаходить вираз енергії точечних зарядів і показує фізичне значення функції, названої Гауссом потенціалом. Далі він обчислює енергію системи заряджених провідників і показує, що при розряді лейденських банок виділяється теплота, еквівалентна запасеної електричної енергії. Він показав при цьому, що розряд є коливальним процесом і електричні коливання «робляться все менше і менше, поки нарешті жива сила не буде знищена сумою опорів».
  Потім Гельмгольц розглядає гальванізм. Гельмгольц розбирає енергетичні процеси в гальванічних джерелах, в термоелектричних явищах, поклавши початок майбутньої термодинамічної теорії цих явищ. Розглядаючи магнетизм і електромагнетизм, Гельмгольц, зокрема, дає свій відомий висновок вираження електрорушійної сили індукції, виходячи з досліджень Неймана і спираючись на закон Ленца.
 У своєму творі Гельмгольц на відміну від Майера приділяє головну увагу фізиці і лише дуже побічно і стисло говорить про біологічні явища. Тим не менше саме цей твір відкрив Гельмгольцу дорогу до кафедри фізіології і загальної патології медичного факультету Кенігсберзького університету, де він у 1849 році отримав посаду екстраординарного професора.
  Цю посаду Гельмгольц займав до 1855 року, коли він перейшов професором анатомії і фізіології в Бонн. У 1858 році Гельмгольц стає професором фізіології в Гейдельберзі, де він багато і успішно займався фізіологією зору. Ці дослідження суттєво збагатили область знання і практичну медицину. Підсумком цих досліджень стала знаменита «Фізіологічна оптика» Гельмгольца, перший випуск якої вийшов у 1856 році, другий - в 1860 році, а третій - у 1867 році.
    Око - один з чудових органів нашого тіла. Про його роботу знали і раніше, порівнювали її з роботою фотографічного апарата. Але для повного з'ясування навіть тільки фізичної сторони зору мало грубе порівняння з фотокамерою.Потрібно вирішити ряд складних завдань з області не тільки фізики, а й фізіології і навіть психології. Вирішувати їх доводилося на живому оці, і Гельмгольц зумів зробити це.Він побудував особливий, дивовижний по своїй простоті апарат (Офтальмометр), який дозволяв вимірювати кривизну рогової оболонки задньої і передньої поверхні кришталика. Так було вивчено заломлення променів у оці.
  Ми бачимо предмети забарвленими в той чи інший колір, наш зір кольоровий. Що лежить в його основі? Вивчення очей показало, що сітківка має три основних свеловідчуваючих елементи: один з них найсильніше дратується червоними променями, інший - зеленими, третій - синіми. Будь-який колір викликає більш сильне роздратування одного з елементів і більш слабке інших. Комбінації подразнень створюють всю ту гру кольорів, яку ми бачимо навколо себе.
Щоб дослідити дно живого ока, Гельмгольц виготовив особливий прилад: очне дзеркало (офтальмоскоп). Цей прилад давно вже став обов'язковим спорядженням кожного очного лікаря.
Гельмгольц зробив дуже багато для вивчення очей і зору: створив фізіологічну оптику - науку про око і зір.
 Тут же, в Гейдельберзі, Гельмгольц проводив свої класичні дослідження за швидкістю поширення нервового збудження. Жаби для препарування багато разів побували на лабораторному столі вченого. Він вивчав на них швидкість поширення збудження по нерву. Нерв отримував роздратування струмом, викликане подразнення досягало м'яза, і він скорочувався. Знаючи відстані між цими двома точками і різницю в часі, можна вирахувати швидкість поширення збудження по нерву. Вона виявилася зовсім невелике, всього від 30 до 100 м / с. Наче зовсім простий досвід. Він і виглядає простим тепер, коли Гельмгольц його розробив. А до нього стверджували, що виміряти цю швидкість не можна: вона є прояв таємничої «життєвої сили», яка не піддається вимірам.
  Не менше Гельмгольц зробив і для вивчення слуху та вуха (фізіологічна акустика). У 1863 році вийшла його книга «Вчення про звукові відчуттях як фізіологічна основа акустики».
 І тут до досліджень Гельмгольца багато, пов'язане зі слухом, було вивчено дуже слабо.. Створивши теорію резонансу, він створив потім на її основі вчення про слухові відчуттях, про наш голос, про музичні інструменти. Вивчаючи явища коливань, Гельмгольц розробив і ряд питань, що мають величезне значення для теорії музики, дав аналіз причин музичної гармонії.
На прикладі Гельмгольца видно, яке величезне значення має широта кругозору вченого, багатство і різноманітність його знань і інтересів. Там же, в Гейдельберзі, вийшли його класичні роботи з гідродинаміки та основам геометрії.
  З березня 1871 Гельмгольц стає професором Берлінського університету. Він створює фізичний інститут, до якого приїздили працювати фізики всього світу.
 З переїздом до Берліна Гельмгольц присвячує себе виключно фізики, причому вивчає її найбільш складні області: електродинаміку, в якій, виходячи з ідей Фарадея, розробляє власну теорію, потім гідродинаміку і явища електролізу у зв'язку з термохімією. Особливо чудові його роботи з гідродинаміки, розпочаті ще у 1858 році, в яких Гельмгольц дає теорію вихрового руху і течії рідини і в яких йому вдається вирішити кілька дуже важких математичних завдань. У 1882 році Гельмгольц формулює теорію вільної енергії, в якій вирішує питання про те, яка частина повної молекулярної енергії якоїсь системи може перетворитися на роботу. Ця теорія має в термохімії те ж значення, що принцип Карно в термодинаміці.
  У 1883 році імператор Вільгельм жалує Гельмгольцу дворянське звання. У 1884 році Гельмгольц публікує теорію аномальної дисперсії, а трохи пізніше кілька важливих робіт з теоретичної механіки. До цього ж часу відносяться роботи з метеорології.
  У 1888 році Гельмгольц призначається директором знову заснованого урядового фізико-технічного інституту в Шарлотенбургзі - Центру німецької метрології, в організації якого він брав найактивнішу участь. У той же час учений продовжує читати лекції теоретичної фізики в університеті.
 У Гельмгольца було багато учнів, його лекції слухали тисячі студентів. Попрацювати в його лабораторії, повчитися мистецтву експерименту приїжджали багато молодих вчених.Його учнями можуть вважатися багато російські вчені - фізіологи Е. Адамюк, Н. Бакст, Ф. Заварикін, І. Сєченов, фізики П. Лебедєв, П. Зідов, Р. Коллі, А. Соколов, М. Шіддер.
 На жаль, не тільки радісні події чекали Гельмгольца в старості. Його син Роберт, що подавав великі надії молодий фізик передчасно помер в 1889 році, залишивши роботу про випромінювання палаючих газів.
  Найостанніші роботи вченого, написані у 1891-1892 роках, відносяться до теоретичної механіки.
Помер Гельмгольц 8 вересня 1894.