Perrin modificou o modelo atômico de Thomson, e sugeriu pela primeira vez que Cargas negativas são externas ao núcleo. Em 1895, ele descobriu que os raios catódicos depositam a carga em um eletroscópio, com o qual ele confirmou que eram partículas carregadas negativamente. Foi para as datas em que o inglês Joseph John Thomson estava interessado em medir a velocidade de tais partículas, o que seria finalmente identificado como elétrons. Em 1908, calculou exatamente o número de AVOGADRO (número de moléculas contidas em uma mola de gás em condições normais).
Depois de Albert Einstein publicado em 1905 Sua explicação teórica sobre o movimento browniano em termos de átomos, Perrin realizou O trabalho experimental para provar e verificar as previsões de Einstein, resolver a disputa que havia durado um século na teoria atômica feita por John Dalton. Proposta por Carl Benedicks, Perrin recebeu em 1926 o Prêmio Nobel de Física por seu trabalho relacionado à descontinuidade da matéria e da descoberta do equilíbrio de sedimentação. Estas descobertas colocam um final definitivo para a longa disputa (ver: História da teoria molecular) em relação à questão da realidade física das moléculas.
Em 1919 Ele propôs que os processos nucleares possam fornecer a fonte de energia em as estrelas. Ele percebeu que a massa de um átomo de hélio é menor que a de quatro átomos de hidrogênio, e que a equivalência entre a massa de einstein e a energia implica que a fusão nuclear (4 h → ele) poderia liberar energia suficiente para fazer brilhar às estrelas de bilhões de anos. Uma teoria semelhante foi proposta pela primeira vez pelo químico americano William Draper Harkins em 1915. Hans Bethe e Carl Friedrich von Weizsäcker determinou o mecanismo detalhado da nucleossíntese estelar durante a década de 1930.
em 1927, ele fundou o Institut de Biologie Physico-Chimique juntamente com o químico André Job e o fisiologista André Mayer. Foi financiado por Edmond James de Rothschild. Em 1937, Perrin fundou um museu de ciências em Paris, o palácio da descoberta.
é considerado o fundador do Pai do Centro Nacional de Pesquisa Científica (CNRs). Na sequência de uma petição de Perrina assinada por mais de 80 cientistas, incluindo oito prêmios do Nobel, o ministro da Educação Francesa criou o Conselho Superior de Pesquisa Científica (Conselho Nacional de Pesquisa da França) em abril de 1933. Em 1936, Perrin, depois a pesquisa submarina, fundou a Central Serviço de Investigação Científica (Agência Central Francesa para Pesquisa Científica). Ambas as instituições se fundiram sob o guarda-chuva de CNRs em 19 de outubro de 1939.
Entre seus alunos notáveis Figura Pierre Victor Auger.