Aplicó la energética a la electroquímica y a la astrofísica; calculó la fuerza electromotriz de la pila de Daniell y la edad del Sol (en la hipótesis de que toda la energía solar proviene de la contracción de la masa solar por acción de la gravedad). Inventó numerosos aparatos para el estudio de la transmisión de señales eléctricas por cables. Perfeccionó la brújula, diseñó la brújula girostática, aparato para el análisis armónico de las mareas, e hizo otras muchas otras contribuciones a la náutica. Realizó investigaciones fundamentales en hidrodinámica, aerodinámica, acústica y teoría ondulatoria de la luz. Consiguió que la British Association creara un comité permanente para la constitución y el estudio de patrones ( standards ) eléctricos. Publicó más de 300 memorias originales. Su fecundidad y originalidad son tales que con justicia se lo considera el mayor físico experimental del periodo victoriano.
Nació en Belfast, Irlanda. Hijo de un profesor de matemáticas, fue un niño precoz que ingresó en la Universidad de Glasgow a la edad de 10 años. Pasó a Cambridge en 1841, se graduó en 1845 y obtuvo el primer premio Smith. Continuó su preparación en París, y trabajó en el laboratorio de Regnault . Tenía 22 años cuando fue nombrado catedrático de filosofía natural de la Universidad de Glasgow, labor que continuó realizando con gran brillantez por más de medio siglo. A él se debe principalmente el mérito del lugar preeminente que ocupó la Gran Bretaña en el desarrollo de la física. Fue presidente de la Royal Society.
Rector de la Universidad de Glasgow en 1904, cuando se retiró de la cátedra empleó su tiempo en conferencias sobre la teoría ondulatoria de la luz. En reconocimiento a los grandes servicios que había prestado al desarrollo de la telegrafía transatlántica por medio de cables, en 1866 recibió el titulo de caballero; en 1892 fue elevado a la dignidad de par en calidad de Baron Kelvin of Large. Era hombre muy modesto y ello lo hacía parecer algunas veces retraído; sin embargo, siempre mostró gran afabilidad para con los alumnos, y experimentaba gran satisfacción cuando podía ayudar y documentar hasta al más humilde de los investigadores. Falleció en Escocia.