因在氣態和液態方程方面的研究工作，獲得了1910年度諾貝爾物理學獎。 1873年，36歲的范德瓦耳斯以題為《論氣態和液態的連續性》((On the continuity of the gas and liquid state))的論文獲得了博士學位。在這篇論文中，他提出了自己的連續性思想。他認為，儘管人們在確定壓強時除了考慮分子的運動外，還要考慮其他因素，但是在物質的氣態和液態之間並沒有本質區別，需要考慮的一個重要因素是分子之間的吸引力和這些分子所占的體積，而這兩點在理想氣體中都被忽略了。從以上考慮出發，他得出了非理想氣體的狀態方程，即著名的范德瓦耳斯方程：
；其中，P、V和T分別代表氣體的壓強、體積和溫度，R是氣體常數，a代表分子之間的相互吸引，b為分子的體積，且a，b對於不同的氣體有不同的值。
相對於其他實驗工作者提出的模型和狀態方程，范德瓦耳斯方程是最有用的，受到了廣泛的重視和套用。首先，它比較簡單，突出了決定流動性的分子的特徵；其次，它又能指出氣體有三相點，且能與在臨界溫度下可液化等性質相符合。當時的實驗發現，如果某一種氣體的溫度不在臨界值之下，那么它是不能只通過改變壓強來液化的。從范德瓦耳斯方程出發，臨界溫度，臨界體積，臨界壓強都可用a，b表示出來，且與實驗結果完全相符。
1880年，范德瓦耳斯還發現了對應定律。該理論預言了氣體液化所必需的條件，對所謂“永久”氣體的液化具有重要的指導作用。
