Inventó varios dispositivos, entre ellos un densímetro (también llamado hidrómetro), aparato que mide la gravedad específica de los líquidos.

Por ello, hoy sus conclusiones probadas han sido denominadas Ley de Charles o de Charles-Gay Lussac Lussac como es costumbre cuando se da crédito por investigaciones independientes que arriban a idénticos resultados.

En 1779, cuando el político y científico Benjamin Franklin visitó la capital francesa como embajador de los recién creados Estados Unidos de América, se sintió atraído por sus experimentos científicos y comenzó a interesarse por la física experimental.

Ese mismo año, el propio Charles realizó su primera ascensión desde la plaza de las Tullerias, acompañado por Ainé Robert.

El globo, de mayor tamaño y conocido como Charlière, se elevó a 549 metros.