Работы относятся к магнетизму. Разработа феноменологическую теорию ферромагнетизма, предсказал и исследовал аномалию теплоемкости и магнитокалорический эффект в ферромагнетиках, установил (1907) закон зависимости магнитной восприимчивости парамагнетиков от температуры выше точки Кюри (закон Кюри-Вейсса). Автор гипотезы (1907) о существовании в ферромагнетиках внутреннего взаимодействия, обусловливающего спонтанную намагниченность (участки самопроизвольной намагниченности, или участки Вейсса). Предсказал (1911) существование кванта магнитного момента, назвал его магнетоном. В 1918 совместно с Г.Пикаром открыл магнитокалорический эффект.