James Joule sinh năm 1818, la con trai của Benjamin Joule (1784 trừ1858), một nhà sản xuất bia giàu có, và vợ của ông, Alice Prescott, trên đường New Bailey ở Salford.[2] Joule được nhà khoa học nổi tiếng John Dalton dạy kèm khi còn là một chàng trai trẻ và chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của nhà hóa học William Henry và các kỹ sư của Manchester, Peter Ewart và Eaton Hodgkinson. Joule bị điện mê hoặc, và ông và anh trai đã thử nghiệm bằng cách thử những cú sốc điện cho nhau và cho những người hầu của gia đình.

Khi trưởng thành, Joule quản lý nhà máy bia. Khoa học chỉ đơn thuần là một sở thích nghiêm túc của ông. Vào khoảng năm 1840, ông bắt đầu nghiên cứu tính khả thi của việc thay thế động cơ hơi nước của nhà máy bia bằng động cơ điện mới được phát minh. Những bài báo khoa học đầu tiên của ông về chủ đề này đã được đóng góp cho Biên niên sử Điện lực của William Sturgeon. Joule là một thành viên của Hiệp hội Điện Luân Đôn, được thành lập bởi Sturgeon và những người khác.

Được thúc đẩy một phần bởi mong muốn của một doanh nhân để định lượng tính kinh tế của sự lựa chọn, và một phần bởi sự tò mò khoa học của mình, Joule đã quyết định tìm phương pháp chính nào hiệu quả hơn. Ông đã khám phá ra định luật đầu tiên của Joule vào năm 1841, rằng nhiệt lượng mà có liên quan hành động thích hợp của bất kỳ dòng điện nào cũng tỷ lệ với bình phương cường độ của dòng điện đó, nhân với khả năng chống lại sự dẫn điện mà nó chạy qua.[3] Ông tiếp tục nhận ra rằng đốt một pound than trong động cơ hơi nước là kinh tế hơn so với một pound kẽm đắt tiền tiêu thụ trong một pin điện. Joule nắm bắt đầu ra của các phương pháp thay thế theo tiêu chuẩn chung, khả năng nâng một khối lượng nặng một pound lên độ cao một feet.

Tuy nhiên, mối quan tâm của Joule chuyển từ câu hỏi tài chính hạn hẹp sang vấn đề có thể trích xuất bao nhiêu công việc từ một nguồn nhất định, khiến ông suy đoán về khả năng chuyển đổi năng lượng. Năm 1843, ông đã công bố kết quả thí nghiệm cho thấy hiệu ứng làm nóng mà ông đã định lượng vào năm 1841 là do sự sinh nhiệt trong dây dẫn chứ không phải do nó truyền từ một phần khác của thiết bị. Đây là một thách thức trực tiếp đối với lý thuyết nhiệt lượng cho rằng nhiệt không thể tạo ra hoặc phá hủy. Lý thuyết nhiệt lượng đã chi phối suy nghĩ trong khoa học về nhiệt kể từ khi được Antoine Lavoisier giới thiệu vào năm 1783. Uy tín của Lavoisier và thành công thực tế của lý thuyết nhiệt lượng của động cơ nhiệt của Sadi Carnot kể từ năm 1824 đảm bảo rằng Joule trẻ, làm việc bên ngoài học viện hoặc nghề kỹ sư, có một con đường khó khăn phía trước. Những người ủng hộ lý thuyết nhiệt lượng dễ dàng chỉ ra tính đối xứng của hiệu ứng Peltier-Seebeck để khẳng định rằng nhiệt và dòng điện có thể chuyển đổi trong một quá trình có thể đảo ngược, ít nhất là xấp xỉ.