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Travaux en mathématiquesIl s'intéressa notamment à la formalisation des théories économiques. Il est ainsi un des premiers à avoir formulé un modèle de l'offre et de la demande.
En microéconomie, il travailla sur les équilibres entre deux producteurs ("équilibres de Cournot" généralisés plus tard sous le terme d'équilibres de Nash ou équilibres de Nash-Cournot"). Il introduisit le concept d'élasticité en économie et de coût marginal. Il a aussi un apport sur les strutures de marché en étudiant le duopole.
Ses travaux dans le domaine de l'économie ont influencé les réflexions de Léon Walras, l'un des artisans de la révolution marginale.
Son livre phare sur le sujet reste ses Recherches sur les principes mathématiques de la théorie des richesses, livre dont l'importance théorique ne sera reconnue que beaucoup plus tard.
Il contribua à une interprétation originale du hasard. Le hasard n'est pas que l'expression de notre ignorance des causes, comme le croyait le physicien déterministe Pierre-Simon Laplace. Cournot définit le hasard, dans une proposition devenue célèbre, comme la "rencontre de deux séries causales indépendantes". Les événements en eux-mêmes sont tout à fait déterminés quant à leur cause et à leur effet ; c’est de leur rencontre imprévisible, de l’intrusion d’une nouvelle causalité indépendante dans le déroulement d’un processus que naît le hasard.
Grâce aux recherches actuelles sur le chaos déterministe, on arrive à percer les fondements de la nature du hasard tels que les avaient énoncés Cournot. Les événements qui affectent un système complexe, comme le système solaire, sont partiellement imprévisibles, contrairement à l'affirmation de Laplace.