La majorité de ses travaux portèrent sur l'électromagnétisme. Il a laissé son nom aux transformations de Lorentz qui sont à la base de la théorie de la relativité restreinte. Elles ont été présentées par Lorentz dans le but d'expliquer les résultats de l'expérience de Michelson-Morley par une contraction réelle des longueurs dans le sens du mouvement, ce qui n'est d'ailleurs pas compatible avec l'interprétation moderne de la théorie de la relativité restreinte qui affirme seulement que la mesure d'une distance ou d'une durée dépend du référentiel dans lequel se fait cette mesure et n'a donc pas de caractère absolu. La théorie de Lorentz implique également l'existence d'un référentiel absolu, le seul où les lois de l'électromagnétisme seraient applicables et d'un milieu, l'éther, qui servirait de support à la propagation des ondes électromagnétiques et qui serait fixe dans ce référentiel absolu.
Il a reçu en 1908 la médaille Rumford. Il est lauréat de la médaille Franklin en 1917 pour ses travaux sur la nature de la lumière et la constitution de la matière. Il a également reçu la médaille Copley en 1918.
Les travaux de la commission qu'il dirigea lors de l'étude préliminaire des travaux du Zuiderzee amenèrent à modifier le tracé de l'Afsluitdijk pour diminuer l'impact de cette digue sur les hauteurs d'eau induites par les marées et les tempêtes[2].
↑ a et b(en) « in recognition of the extraordinary service they rendered by their researches into the influence of magnetism upon radiation phenomena »in Personnel de rédaction, « The Nobel Prize in Physics 1902 », Fondation Nobel, 2010. Consulté le 22 juin 2010
(en) Biographie sur le site de la fondation Nobel (le bandeau sur la page comprend plusieurs liens relatifs à la remise du prix, dont un document rédigé par la personne lauréate — le Nobel Lecture — qui détaille ses apports)
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