Работы Ван-дер-Ваальса посвящены молекулярной физике и низкотемпературным явлениям. В 1873 ученый вывел уравнение состояния реального газа, учитывающее как собственный объем молекул, так и взаимодействие между ними (уравнение Ван-дер-Ваальса). Из этого уравнения следовало, что при определенных давлении, температуре и объеме вещество находится в критическом состоянии. Введя т.н. «приведенные параметры», Ван-дер-Ваальс получил уравнение состояния, не содержащее индивидуальных для каждого вещества констант; из этого уравнения следовал закон соответственных состояний. В 1890 Ван-дер-Ваальс открыл закон бинарных смесей, в 1894 разработал термодинамическую теорию капиллярности. Умер Ван-дер-Ваальс в Амстердаме 9 марта 1923.