奥斯特瓦尔德是物理化学的创始人之一。主要从事化学动力学和催化方面的研究。在化学动力学方面，他1878年用容量方法和折射率研究一碱在两酸之间的分配。1887年测定了在稀溶液中用碱中和酸时发生的体积变化。1888年提出奥斯特瓦尔德稀释定律，最先将质量作用定律应用于电离上,在历史上起了重要作用。在催化方面，他1894年给催化和催化剂下了现代的定义，1902年指出：催化剂只能改变化学反应速率而不能影响化学平衡，它的催化作用是由于降低了活化能的缘故。1902年发明了由氨经过催化氧化制造硝酸的方法，后称奥斯特瓦尔德法。此外，他1894年提出奥斯特瓦尔德指示剂理论，最先对酸碱指示剂的变色机理给予解释。同年，建议将分析化学的反应看成是离子间的相互作用。奥斯特瓦尔德提出过错误的唯能论，后在事实面前修正了自己的观点。
奥斯特瓦尔德因研究催化作用、化学平衡条件和反应速率等方面的贡献而获1909年诺贝尔化学奖。
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