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.
Dari program penelitian utamanya yang pertama pada tahun 1801–1802, dia menyimpulkan bahwa ekspansi volume gas berbanding lurus dengan kenaikan suhu: kesimpulan ini biasanya disebut "hukum Charles", karena Gay-Lussac memberi penghargaan pada Jacques Charles, yang telah sampai pada kesimpulan yang hampir sama pada tahun 1780an namun tidak mempublikasikannya.