Luận án tiến sĩ về khúc xạ ánh sáng của Clausius cho chúng ta biết rằng màu sắc của bầu trời do hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng tạo thành. Sau đó, Lord Rayleigh chỉ ra rằng do hiện tượng tán sắc ánh sáng.

Bài báo nổi tiếng nhất của Clausius là, "Über die bewegende Kraft der Wärme" ("Sự di chuyển của nhiệt và các luật về nhiệt có thể được suy ra từ đó")[2] được xuất bản năm 1850, và các lý thuyết cơ học của nhiệt. Trong bài báo này, Clausius đã chỉ ra mâu thuẫn giữa nguyên lý Carnot và định luật bảo toàn năng lượng. Clausius đã phát biểu hai nguyên lý nhiệt động lực học để khắc phục mâu thuẫn của ba nguyên lý nhiệt động lực học (được phát triển bởi Walther Nernst, trong khoảng năm 1906–1912). Bài báo này khiến cho ông trở nên nổi tiếng trong số các nhà khoa học.

Trong suốt năm 1857, Clausius đã góp phần phát triển lý thuyết động lực sau khi được đưa ra bởi August Krönig, nó là một mô hình khí động lực đơn giản gồm chuyển động tịnh tiến, chyển động quay và dao động của các phân tử. Cũng trong cùng công việc này, ông đưa ra 'quỹ đạo tự do' của hạt.[3][4][5]

Clausius đã suy ra quan hệ Clausius-Clapeyron từ nhiệt động lực học. Mối quan hệ này là một đặc trưng của giai đoạn chuyển tiếp giữa hai trạng thái, chẳng hạn như lỏng và rắn. Điều này đã được phát triển lần đầu năm 1834 bởi Émile Clapeyron.

Entropy

Vào năm 1865, Clausius là người đầu tiên đưa ra quan điểm toán học cho entropy, và cũng là người đặt tên cho nó. Ông là người đặt ra đơn vị 'Clausius' (ký hiệu: Cl) cho entropy. Clausius chọn từ "entropy" vì theo tiếng Hy Lạp, en+tropein, là "nội năng chuyển đổi".[6][7]