Medens han allerede i 1843 begyndte med sine epokegørende undersøgelser over kræfternes uforgængelighed og omsætning, som samtidig med Joules og Mayers forsøg ledede til bestemmelsen af varmeækvivalentet, og han derefter studerede magnetisme og vanddampe, blev hans beskæftigelse med kloakplanerne årsag til hans bekendte undersøgelser over vandets bevægelse i lukkede ledninger, som ledede ham til erkendelse af modstandskoefficientens variation med strømmens hastighed, et lignende resultat, som Julius Weisbach kom til. Medens han på grundlag af disse studier fastslog de principper, hvorefter senere Københavns kloaker blev beregnede, udvidede han anvendelsen af disse undersøgelser på studier over de frie vandspejls former og på strømninger i havet. Spørgsmål om skorstenes træk bragte ham ind på undersøgelser over en fælles lov for flydende legemers bevægelse, ligesom hvirvelstormen i 1871 på St. Thomas gav stødet til studier over luftens strømningsforhold, og senere bevirkede stormfloden i 1873, at han begyndte undersøgelser af de ved vindens kraft bevirkede strømninger i havet, ved hvilke han derpå søgte at forklare stormflodens forskellige optræden ved vore kyster. Spørgsmålene om vandforsyning fra boringer og brønde samt om dræningens principper ledede ham til forskellige forsøg over vandets bevægelse i jordbunden, der gav samme resultater som Daceys tidligere undersøgelser, der må formodes at have været ham ubekendte. Også varmens forplantelse gennem forskellige legemer gjorde han til genstand for forsøg, foranlediget ved foreliggende praktiske opgaver. Hans i forbindelse med professor i kemi Julius Thomsen foretagne undersøgelser over de sandsynlige årsager til koleraens ulige styrke i de forskellige dele af København under koleraepidemien i 1853 gav en tydning af jordbundens indflydelse på sundhedsforholdene, som først langt senere er fremsat og godkendt af andre forskere, medens det danske arbejde var forblevet ubekendt i udlandet.