Hij verzorgde vele publicaties – in meerdere talen -, bracht een bekend Leerboek der Scheikunde uit en correspondeerde met verscheidene bekende tijdgenoten op zijn vakgebied.
Zijn onderzoeksterrein was bijzonder breed; hij introduceerde begrippen als katalyse, isomerie, polymerie, allotropie, halogenen en proteïnen. Hij verrichte meer dan 2000 analyses en bepaalde verscheidene atoom- en molecuulmassa’s. Hij was daarmee één van de grondleggers van de elementairanalyse.
Hij ontdekte of isoleerde als eerste een aantal elementen: cerium (1803) – samen met Hisinger - , seleen (1817), silicium (1823), zirkoon (1824) en thorium (1828). Hij deed het voorstel voor de namen van lithium, natrium en vanadium en stelde een systeem voor de symbolen van de elementen op.
Belangrijke leerlingen van Berzelius zijn:
Johann August Arfvedson, L. Gmelin, Carl Gustav Mosander, Heinrich en Gustav Rose, Niels Gabriël Sefström en Friedrich Wöhler.