Nadat hy in 1682 na Basel teruggekeer het, het hy 'n skool vir wiskunde en wetenskap gestig. Hy is in 1687 as professor van wiskunde by die Universiteit van Basel aangestel, 'n posisie wat hy vir die res van sy lewe beklee het.
Jakob Bernoulli is die bekendste vir die werk Ars Conjectandi (Die Kuns van Konjektuur) wat agt jaar na sy dood in 1713 deur sy kleinneef Nicholas gepubliseer is. In hierdie werk het hy die bekende resultate in waarskynlikheidsleer en optelling beskryf, baie keer met alternatiewe bewyse van bekende resultate. Hierdie werk het ook die toepassing van waarskynlikheidsleer tot kansspele en sy inleiding tot die teorema wat as die wet van groot getalle bekend staan ingesluit. Die terme Bernoulli trial en Bernoulli getalle is uit die werk afkomstig. Die Bernoulli krater, op die Maan, is gesamentlik na hom en sy broer Johann vernoem.
Bernoulli het 'n figuur van 'n logaritmiese spiraal en die slagspreuk Eadem mutata resurgo ("Verander en tog dieselfde, reis ek weereens") vir sy grafsteen gekies. Die spiraal wat deur die grafsteenmakers geskep is was egter 'n Archimedes spiraal.