Charlot se graduó en la Escuela Superior de Física y de Química Industriales de París,[2] y trabajó en la oxidación catalítica de sustancias orgánicas en fase gaseosa.
En 1945, se convirtió en profesor de química analítica en la Escuela Superior, y también dio clases en la Facultad de Ciencias de París y en el Instituto Nacional de Ciencias y Técnicas Nucleares.
Generalizó la teoría de Brønsted-Lowry de la química ácido-base a la química compleja.
En 1943, publicó "Théories et méthodes nouvelles d'analyse qualitative" (Nuevas teorías y métodos de análisis cualitativo), que eliminó los métodos tradicionales como las pruebas de sulfuro de hidrógeno al reemplazarlos con pruebas electroquímicas o colorimétricas, química compleja y reacciones químicas no acuosas.
Gaston Charlot fue autor de numerosos trabajos de referencia en química analítica,[3] incluidos sus Cours de chimie analytique générale y Les réactions chimiques en solution aqueuse.