Perrin modificou o modelo atómico de Thomson e suxeriu por primeira vez As cargas negativas son externas ao núcleo. En 1895, descubriu que os raios catódicos depósitos de carga nun electroscopio, co que confirmou que era negativamente cargada partículas. Foi para aquelas datas cando o inglés Joseph John Thomson estaba interesado en medir a velocidade de tales partículas, que finalmente sería identificado como electróns. En 1908 calculou exactamente o número de avogadro (número de moléculas contidas nunha mole de gas baixo condicións normais).
Despois de que Albert Einstein publicou en 1905 a súa explicación teórica sobre o movemento browniano en termos de átomos, Perrin realizou O traballo experimental para probar e verificar as previsións de Einstein, resolvendo a disputa que durou un século na teoría atómica feita por John Dalton. Propostas por Carl Benedicks, Perrin recibiu en 1926 o Premio Nobel de Física polo seu traballo relacionado coa discontinuidade da materia eo descubrimento do equilibrio de sedimentación. Estes descubrimentos poñeron un final definitivo á longa disputa (ver: Historia da teoría molecular) con respecto á cuestión da realidade física das moléculas.
En 1919 propuxo que os procesos nucleares poidan proporcionar a fonte de enerxía as estrelas. Entendeu que a masa dun átomo de helio é menor que a de catro átomos de hidróxeno, e que a equivalencia entre a masa e a enerxía de Einstein implica que a fusión nuclear (4 h → el) podería liberar enerxía suficiente para facer brillar ás estrelas de miles de millóns de persoas anos. Propúxose unha teoría similar por primeira vez polo químico estadounidense William Draper Harkins en 1915. Hans Bethe e Carl Friedrich von Weizsäcker determinou o mecanismo detallado da nucleosíntese estelar durante a década de 1930.
En 1927, fundou o Instituto de Biologie Physico-Chimique xunto co químico André Job eo fisiólogo André Mayer. Foi financiado por Edmond James de Rothschild. En 1937, Perrin fundou un museo de ciencia en París, o Palacio do Descubrimento.
é considerado o fundador do Pai do Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS). Tras unha petición de Perrin asinada por máis de 80 científicos, incluíndo oito premios Nobel, o ministro de Educación Francesa creou o Consello Superior de Investigación Científica (Consello Nacional de Investigación de Francia) en abril de 1933. En 1936, PERRIN, a continuación, a investigación subsecretaría, fundou a central Servizo de Investigación Científica (Axencia Central Francesa para a investigación científica). Ambas institucións fusionáronse baixo o paraugas de CNRS o 19 de outubro de 1939.
Entre os seus notables estudantes figura Pierre Victor Auger.