Fu tra i principali matematici della prima metà del XVII secolo e dette importanti contributi allo sviluppo della matematica moderna. In particolare:
con il suo metodo per l'individuazione dei massimi e dei minimi delle funzioni, precorse gli sviluppi del calcolo differenziale;
fece ricerche di grande importanza sulla futura teoria dei numeri, iniziate durante la preparazione di un'edizione dell'Arithmetica di Diofanto di Alessandria, su cui scrisse note ed osservazioni contenenti numerosi teoremi. Proprio in una di queste osservazioni "a margine" enunciò il cosiddetto ultimo teorema di Fermat (che credeva, molto probabilmente a torto[senza fonte], di aver dimostrato), che è rimasto indimostrato per più di 300 anni, fino al lavoro di Andrew Wiles nel 1994;