Работы Кольбе, который был как теоретиком, так и экспериментатором, относятся к области органической химии. Полагая, что органические соединения можно получать из неорганических путем замещения, он в 1843–1845 синтезировал уксусную кислоту, а в 1847 совместно с Э.Франклендом получил ряд карбоновых кислот. В 1849 Кольбе предложил электрохимический метод получения насыщенных углеводородов электролизом растворов солей щелочных металлов карбоновых кислот (реакция Кольбе). В 1860 синтезировал салициловую, в 1861 – муравьиновую кислоты действием угольного ангидрида на феноляты щелочных металлов. Предсказал существование вторичных и третичных спиртов и способствовал выяснению их природы, а также природы альдегидов, кетонов, сульфокислот.