Мах проводил физические исследования в области механики, акустики, оптики. Установил распределение плотности воздуха вблизи снаряда, летящего со сверхзвуковой скоростью. Исследовал ударные волны. Показал, что некоторые характеристики течения зависят от отношения скорости течения к скорости звука в данной среде (число Маха, M). Этот аэродинамический параметр становится особенно существенным при скоростях, близких к скорости звука и превышающих ее (M > 5), и широко применяется в современном самолетостроении. Мировую известность Маху принесла его книга Механика в ее историческом развитии (Die Mechanik in ihrer Entwicklung, 1883). Отказавшись от ньютоновских представлений об абсолютном пространстве, абсолютном времени и абсолютном движении, Мах впервые попытался построить механику исходя из того, что движения тел могут определяться лишь по отношению к другим телам. Мах отрицал кинетическую теорию и атомистическое учение, реальность атомов и молекул. Умер Мах в Хааре 19 февраля 1916.