Основные труды Нернста посвящены термодинамике, физике низких температур, физической химии. В 1906 ученый предположил, что энтропия системы при абсолютном нуле температуры равна нулю (теорема Нернста); это положение часто называют 3-м началом термодинамики. В 1911 совместно с Ф.Линдеманом вывел формулу для теплоемкости твердого тела. Среди других работ Нернста – создание метода определения диэлектрической проницаемости проводников при помощи мостика Уитстона, разработка теории электролитического растворения металлов, теории электродных потенциалов, диффузионной теории кинетики гетерогенных химических реакций. Изобрел источник излучения – лампу Нернста. Вместе с Оствальдом и Фишером Нернст стремился заинтересовать кайзера Вильгельма II и промышленных магнатов Германии в создании системы институтов кайзера Вильгельма, которые должны были привлечь ученых с мировым именем. В 1920 Нернст был удостоен Нобелевской премии по химии за работы по термохимии, а также за открытие третьего начала термодинамики. Умер Нернст в Мускау 18 ноября 1941.