Estuda física na universidade local e obtém o doutorado com a tese sobre a Continuidade dos Estados Líquido e Gasoso. De 1877 a 1907 ocupa o cargo de professor de física na Universidade de Amsterdã, onde aprofunda os estudos sobre os fenômenos da física termodinâmica.
Descobre que a relação entre o volume e a força de atração entre as moléculas no estado gasoso é zero e levanta a hipótese de que a lei dos gases "ideais", desenvolvida por Robert Boyle e Jacques Charles, pode ser derivada da teoria cinética dos gases. Para confirmar a hipótese, introduz os dois novos parâmetros, do volume e da força de atração, na lei.
Com eles cria uma fórmula mais exata, conhecida como Equação de Van der Waals, que explica a força de atração que mantém ligados os átomos de uma molécula. Morre em Amsterdã.