From his first major program of research in 1801–1802, he concluded that equal volumes of all gases expand equally with the same increase in temperature: this conclusion is usually called "Charles's law", as Gay-Lussac gave credit to Jacques Charles, who had arrived at nearly the same conclusion in the 1780s but had not published it.
Από το πρώτο μεγάλο ερευνητικό πρόγραμμα του το 1801-1802, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ίσοι όγκοι όλων των αερίων διαστέλλονται εξίσου με την ίδια αύξηση της θερμοκρασίας: το συμπέρασμα αυτό που συνήθως ονομάζεται "Νόμος του Σαρλ", καθώς ο Γκαι-Λυσάκ έδωσε πίστωση στον Ζακ Σαρλ (Jacques Charles), ο οποίος είχε φθάσει σχεδόν στο ίδιο συμπέρασμα το 1780, αλλά δεν είχε δημοσιευθεί.