En este ámbito escribió su monumental obra en 10 tomos El sistema del mundo, historia de las doctrinas cosmológicas de Platón a Copérnico.

[1]​ En La théorie physique: son objet et sa structure.

Su trabajo este campo vino impulsado originariamente por sus investigaciones en los orígenes de la estática, durante las que descubrió los trabajos de matemáticos y filósofos medievales como Nicolás Oresme y Roger Bacon, cuya sofisticación le sorprendió.

La primera biografía amplia sobre Pierre Duhem es obra de Stanley Jaki.

[3]​ Duhem fue propuesto en dos ocasiones para el premio Nobel de física.