Termodinámica química y electroquímica
Los papeles de Gibbs de la década de 1870 introdujo la idea de que expresa la energía interna U de un sistema en términos de la entropía S , además de las habituales variables de estado de volumen V , la presión p , y la temperatura T .
Mecánica estadística
Junto con James Clerk Maxwell y Ludwig Boltzmann , Gibbs fundó “mecánica estadística”, un término que acuñó para identificar la rama de la física teórica que explica las propiedades termodinámicas observadas de los sistemas en términos de las estadísticas de conjuntos.
Análisis de vectores
Gibbs aplicó sus métodos vectoriales a la determinación de las órbitas de los planetas y los cometas . También desarrolló el concepto de tríadas de vectores mutuamente recíprocos que más tarde resultó ser de importancia en cristalografía.
Óptica física
Gibbs hizo una contribución significativa al electromagnetismo clásico al aplicar las ecuaciones de Maxwell a la teoría de procesos ópticos como la birrefringencia , la dispersión y la actividad óptica.