Er erstellte grundlegende Arbeiten zur Festigkeitslehre und Baustatik, zur Theorie der einfachen Maschinen sowie zur Torsion, Torsionselastizität und Reibung. Er unterschied als erster zwischen gleitender und rollender Reibung und formulierte 1785 das Coulombsche Reibungsgesetz. Er fand 1785 mit Hilfe der von ihm 1784 konstruierten Torsionswaage (Coulombsche Drehwaage) das für die Elektro- und Magnetostatik grundlegende Coulombsche Gesetz (siehe unten) über die zwischen elektrischen Ladungen bzw. Magnetpolen wirkenden Kräfte, dessen Grundzüge allerdings bereits von H. Cavendish erkannt worden waren. Er wies nach, dass sich elektrische Ladungen nicht im Innern eines elektrischen Leiters, sondern an dessen Oberfläche ansammeln. Er führte Untersuchungen zum Erdmagnetismus durch und prägte 1789 den Begriff des magnetischen Moments. Er untersuchte 1801 die innere Reibung von Flüssigkeiten mittels Drehschwingungen. Er begründete die Theorie der elektrischen Polarisation und die ältere Theorie der Gewölbe. Nach ihm sind zahlreiche weitere Begriffe aus der Physik benannt, z.B. die Einheit der elektrischen Ladung Coulomb(siehe Kasten), das Coulomb-Potential (kugelsymmetrisches elektrisches Potential einer elektrischen Punktladung), der Coulomb-Wall (den Atomkern umgebender Potentialwall), das Coulometer oder Coulombmeter (Voltameter) und die Coulometrie (elektrochemisches Analysenverfahren).
Werke (Auswahl):
"Memoire sur la statique des voutes" (1776),
"Theorie des machines simples" (1781),
"Sur l'electricite et le magnetisme" (7 Teile, 1785-89),
"Recherches theoriques et experimentales sur la force de torsion et sur l'elasticite des fils du metal" (1787),
"Memoirs sur l'electricite et le magnetisme" (1788-92).