James Prescott Joule nació en el seno de una familia dedicada a la fabricación de cervezas. De carácter tímido y humilde, recibió clases particulares en su propio de hogar de física y matemáticas, siendo su profesor el químico británico John Dalton; compaginaba estas clases con su actividad profesional, trabajando junto a su padre en la destilería, la cual llegó a dirigir. Dalton le alentó hacia la investigación científica y realizó sus primeros experimentos en un laboratorio cercano a la fábrica de cervezas, formándose a la vez en la Universidad de Manchester.Joule estudió aspectos relacionados con el magnetismo, especialmente los relativos a la imantación del hierro por la acción de corrientes eléctricas, que le llevaron a la invención del motor eléctrico. Descubrió también el fenómeno de magnetostricción, que aparece en los materiales ferromagnéticos, en los que su longitud depende de su estado de magnetización.

Pero el área de investigación más fructífera de Joule es la relativa a las distintas formas de energía: con sus experimentos verificó que al fluir una corriente eléctrica a través de un conductor, éste experimenta un incremento de temperatura; a partir de ahí dedujo que si la fuente de energía eléctrica es una pila electroquímica, la energía habría de proceder de la transformación llevada a cabo por las reacciones químicas, que la convertirían en energía eléctrica, la cual se transformaría en calor. Si en el circuito se introduce un nuevo elemento, el motor eléctrico, se origina energía mecánica. Ello le llevó a la enunciación del principio de conservación de la energía, y aunque hubo otros físicos de renombre que contribuyeron al establecimiento de este principio (como Julius von Mayer, William Thomson y Hermann von Helmholtz), fue Joule quien le proporcionó una mayor solidez.

En 1840 Joule publicó Producción de calor por la electricidad voltaica, en la que estableció la ley que lleva su nombre y que afirma que el calor originado en un conductor por el paso de la corriente eléctrica es proporcional al producto de la resistencia del conductor por el cuadrado de la intensidad de corriente. En 1843, después de numerosos experimentos, obtuvo el valor numérico del equivalente mecánico del calor, que concluyó que era de 0,424 igual a una caloría, lo que permitía la conversión de las unidades mecánicas y térmicas; este es un valor muy similar al considerado actualmente como de 0,427. De ese modo quedaba firmemente establecida la relación entre calor y trabajo, ya avanzada por Benjamin Thompson de Rumford, que sirvió de piedra angular para el posterior desarrollo de la termodinámica estadística. En estos trabajos Joule se basaba en la ley de conservación de la energía, descubierta en 1842.

Aportes a la ciencia
El trabajo de Joule es la historia de una lucha constante contra un establecimiento científico crítico que no estaba dispuesto a aceptar la evidencia hasta que fue imposible ignorarla.Sus investigaciones científicas culminaron en 1850. En ese año publicó un artículo donde presentaba las mediciones del equivalente mecánico del calor, para el que usó su famoso aparato de rueda de paletas
.Ley de Joule
Mientras investigaba el calor que se desprende en los circuitos eléctricos, expuso la conocida ley de Joule. Cuando fluye una corriente eléctrica por un conductor, se produce un aumento de temperatura. Esta ley nos permite calcular el calor que se genera cuando la corriente eléctrica circula por una resistencia.
Efecto Joule-Thomson
En 1852 Joule y William Thomson descubrieron que cuando se permite que un gas se expanda sin realizar ningún tipo de trabajo externo, la temperatura del gas disminuye. Este fenómeno, que se llamó el efecto Joule-Thomson, fue la base para la refrigeración y de los aparatos de aire acondicionado.
Primera ley de la termodinámica
James Joule desempeñó un papel fundamental en los estudios sobre cómo conservar la energía, o primera ley de la termodinámica, como un principio universal de la física. Se basa en la conclusión de Joule de que el calor y la energía son equivalentes.