Французский ученый, провел классические синтезы углеводородов, внес значительный вклад в развитие термохимии, химической термодинамики, кинетики.

Знаменитый русский естествоиспытатель К. А. Тимирязев назвал Бертло «Лавуазье XIX столетия». Как и А. Лавуазье, Бертло известен работами в различных областях знаний: физике и химии, философии и археологии, истории науки и физиологии... Будучи профессором наиболее известного института Франции - Коллеж де Франс и министром народного просвещения, он многое сделал для улучшения преподавания естественных наук. По различным областям знаний им было написано около 2500 работ.

В середине 1850-х гг. он изучил состав и свойства органических соединений различных классов: глицерина, метилового спирта, бензола, нафталина, ацетилена, этилена и многих других веществ – и разработал методы их синтеза. Нагревая в запаянных трубках глицерин с насыщенными кислотами (стеариновой, пальмитиновой и др.), он получил сложные эфиры глицерина. Проанализировав состав и свойства этих веществ, Бертло доказал в середине 50-х гг., что они являются основой животных и растительных жиров. Это открытие вслед за работами Ф. Велера и других химиков-органиков нанесло окончательный удар по представлениям приверженцев идеалистической теории «жизненной силы». Они считали, что основные вещества (белки, жиры, углеводы), из которых состоят живые организмы, невозможно получить в лаборатории. На основании этих исследований впоследствии была создана химическая промышленность пищевых жиров.

В течение 50 лет, начиная с 1851 г., Бертло исследовал углеводороды. Он получил ацетилен из углерода и водорода в электрической дуге, синтезировал из ацетилена бензол, нафталин и более сложные ароматические соединения, а также предельные и непредельные алифатические углеводороды и их кислород- и азотсодержащие производные.

Бертло сыграл большую роль в развитии термохимии, термодинамики, химической кинетики. Ученый ввел понятия об экзотермических и эндотермических реакциях, одним из первых вывел уравнение скорости реакции, проанализировал условия равновесия важных для практики реакций этерификации и омыления.

Во время франко-прусской войны в 1870 г. Бертло занимался исследованиями взрывчатых веществ. Он изучил закономерности их сгорания, определил скорость распространения взрывной волны и другие характеристики взрыва. Он организовал производство боеприпасов для обороны Парижа.

В области агрономической и биологической химии Бертло установил, что различные по составу почвы усваивают азот воздуха неодинаково, в зависимости от жизнедеятельности микроорганизмов. Бертло выяснил роль углерода, водорода, серы, фосфора, алюминия, азота и его соединений — нитратов в развитии растений.