Helmholtz leverde fundamentele bijdragen op het gebied van optica, elektrodynamica, thermodynamica, hydrodynamica, akoestiek, metrologie, wiskunde en fysiologie, maar is vooral bekend door zijn wet van behoud van energie. Het door Von Helmholtz in 1847 geïntroduceerde principe van energiebehoud werd een krachtig wapen in de strijd tegen het vitalisme. Het nieuwe begrip ‘energie’, grotendeels ontleend aan de analyse van machines, paste hij toe op het organisme.
‘Ziekten’ waren in de ogen van Helmholtz geen afzonderlijke entiteiten, maar verstoorde levensprocessen. Daarom was het belangrijk verstoorde én normale levensprocessen te onderzoeken. Om het gezonde en verstoorde functioneren van organen en de samenhang daartussen te bestuderen, was verregaande kennis nodig van natuur- en scheikunde. De fysiologie kwam daarmee aan de basis te staan van de moderne, natuurwetenschappelijke, medische wetenschap en geneeskunde.