Zijn voordrachten in het Royal Institution zijn beroemd geworden. Ook boekte hij belangrijke onderzoeksresultaten, o.m. de ontdekking van de elementen natrium, kalium, magnesium, calcium, strontium, barium en boor, die hij isoleerde via elektrolyse. Hij was daarmee één van de grondleggers van de elektrochemie.
Hij bereidde diverse fosforverbindingen, toonde aan dat chloor een element is en bepaalde de formule voor waterstofchloride.
Tevens schreef hij de uitvinding van een veiligheidslamp ten behoeve van de mijnbouw op zijn naam: de Davy-lamp (1815). Vanwege zijn grote verdiensten werd hij in de adelstand verheven.
Zijn bekendste leerling is Michael Faraday.