Hy het 'n nuwe metode uitgevind om die grootse en klienste ordinate (maksima en minima) van krommes te bepaal, wat nou verwant was aan die toe nog onbekende differensiaalrekening. Verder het hy werk in getalteorie gedoen. Hy is egter deesdae veral bekend vir die sogenaamde laaste stelling van Fermat, wat in werklikheid nie sy laaste stelling was nie, maar die een waarvoor daar die langste na 'n bewys gesoek is. Die stelling is eers in 1994 formeel bewys. Hiernaas het hy belangrike bydraes gelewer tot die analitiese meetkunde, kansrekening, en optika.